复杂系统chapter 4 multi-agent systems

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多Agent系统理论概述

多Agent系统理论概述

多Agent系统理论概述摘要:Agent在AI(AI:Artificial Intelligence)研究领域已经成为热点,Agent 技术提供了一种新的计算和问题求解规范。

本文简要的讨论Agent、多Agent系统。

关键词:多Agent系统概述1Agent概述1.1Agent的基本概念Agent的概念最早出现在20世纪70年代的人工智能中,80年代后期,被译为“代”理,“智能体”或“智能主体”。

这些概念在许多领域被引用,不同的研究领域和内容,给出了许多不尽相同的定义。

目前为止还没有一个对Agent统一的定义,但多数研究者接受wooldridge和Jelinings所提出的Agent定义,即Agent 是一个具有自治性、社会能力和反应特性的计算机软、硬件系统,它具有自治性、社会能力、反应性和主动性。

1.2Agent具有的特性根据wooldridge的定义,对于Agent所应具有以下特征:1.自治性(Autonomy):Agent一般都具有自己的资源和局部于自身的控制机制,能够在没有外界直接操控下,根据自身的内部状态以及感知的外部环境信息,决定和控制自身的行为。

2.社会能力(Social Ability):Agent之间并不是孤立的。

和人一样,Agent具有通信能力,能够通过某种Agent通信语言与其他Agent进行各种各样的交互,也能和其他各类Agent一起有效地完成各种层次的协同工作。

3.反应性(Reactivity):Agent能够及时地感知其所在外部环境的变化,并能够针对一些特定的时间做出相应的反应。

4.主动性(activity):Agent能够遵循其承诺采取主动行动,表现出面向目标的行为。

它要求Agent保持比较稳定的目标,它的动作都是以此目标为依据的,从而产生一种叫做目标指引的行为(Goal Directed Behavior)。

1.3Agent分类从不同的角度,Agent有下面几种分类方法:1.根据Agent的存在形式:分为有形Agent和无形Agent。

大型复杂工业系统多智能体架构设计与实现

大型复杂工业系统多智能体架构设计与实现

大型复杂工业系统多智能体架构设计与实现随着工业化的推进,许多工业系统正在不断变得更加复杂。

这些系统往往需要多个智能体(或称为智能化设备)来协作工作,以达到更高的效率和更好的性能。

因此,如何设计和实现大型复杂工业系统的多智能体架构成为了一个重要的课题。

多智能体系统(Multi-Agent System, MAS)是一种由多个智能体构成的系统,这些智能体具有自主行为和自我决策能力,并能相互协作以完成特定任务。

在大型工业系统中,MAS架构可以被用来协调各种元件和设备的运转,以达到更好的效果。

在设计和实现大型复杂工业系统的MAS架构时,需要考虑以下几个因素:1.合理利用现有技术工业系统应用了大量的自动化技术,如物联网、云计算、人工智能、大数据分析等等。

在设计MAS架构时,应该合理利用这些技术,以使得整个系统更加智能化,同时也更加高效和可靠。

2.多智能体的协作在设计MAS架构时,每一个智能体都应该具有独特的特性和功能。

这些智能体之间需要通过相互协作来完成整个系统的任务,因此,智能体之间的协作是非常重要的。

MAS架构应该考虑如何实现智能体之间的信息交互和动态协作,以实现整个系统的目标。

3.架构的可扩展性大型复杂工业系统的MAS架构应该具有很高的可扩展性。

这意味着,在必要时,可以通过简单地添加更多智能体来扩大系统的规模。

在设计MAS架构时,应该考虑如何使系统能够轻松地适应不同的工业环境和任务,同时也能够方便地扩大系统规模。

4.系统的安全性和可靠性在工业系统中,安全性和可靠性是极其重要的因素。

因为系统可能会涉及到生命和财产的安全,任何意外事故都将对生产和市场造成严重的影响。

在设计和实现MA架构时,必须注意保证系统的安全性和可靠性,以避免任何问题的发生。

总的来说,大型复杂工业系统的多智能体架构设计和实现需要同时考虑多个因素。

只有在合理利用技术的同时,考虑到智能体之间的协作,系统的可扩展性和安全性等因素,才能保证系统的高效性和实用性。

多智能体系统在微电网中的应用

多智能体系统在微电网中的应用

第45卷第2期2021年4月南京理工大学学报JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnologyVol.45No.2Apr.2021㊀收稿日期:2020-07-07㊀㊀修回日期:2020-09-24㊀基金项目:江苏省自然科学基金(BK20161499)㊀作者简介:张善路(1990-)ꎬ男ꎬ博士生ꎬ主要研究方向:电力系统ꎬ电力电子功率变换器ꎬE ̄mail:zhangshanlu312@126.comꎻ通讯作者:李磊(1975-)ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ主要研究方向:电力系统分析㊁电力电子应用㊁先进储能及电源技术智能电网ꎬE ̄mail:lileinjust@njust.edu.cnꎮ㊀引文格式:张善路ꎬ李磊ꎬ陈鹏威ꎬ等.多智能体系统在微电网中的应用[J].南京理工大学学报ꎬ2021ꎬ45(2):127-141.㊀投稿网址:http://zrxuebao.njust.edu.cn多智能体系统在微电网中的应用张善路ꎬ李㊀磊ꎬ陈鹏威ꎬ刘佳乐(南京理工大学自动化学院ꎬ江苏南京210094)摘㊀要:分布式电源的复杂和多样性增加了微电网能量管理和控制的难度ꎬ因此基于多智能体系统(Multi ̄agentsystemꎬMAS)的分布式分层协同控制策略被提出ꎬ其具有平衡功率和能量㊁稳定电压和频率㊁实现资源优化管理和经济协调运行的优点ꎮ该文主要对MAS在微电网中的应用情况进行全面系统的分析㊁对比㊁归纳总结ꎮ对比分析了微电网分层控制策略ꎬ研究表明基于MAS的分布式分层控制可以提高系统灵活性㊁可靠性ꎮ研究了不同的MAS建模方法的优缺点ꎬ为优化控制策略的选择提供依据ꎮ对通信时延㊁一致性协议㊁即插即用拓扑等方面进行阐述ꎬ综合分析了不同通信补偿方法ꎮ归纳出下一步基于MAS的分布式分层协同控制与优化的研究方向ꎮ关键词:智能体系统ꎻ微电网ꎻ分层协同控制ꎻ通信延迟ꎻ一致性中图分类号:TM732㊀㊀文章编号:1005-9830(2021)02-0127-15DOI:10.14177/j.cnki.32-1397n.2021.45.02.001Applicationofmulti ̄agentsysteminmicrogridZhangShanluꎬLiLeiꎬChenPengweiꎬLiuJiale(SchoolofAutomationꎬNanjingUniversityofScienceandTechnologyꎬNanjing210094ꎬChina)Abstract:Thecomplexityandvarietyofdistributedgenerationincreasethedifficultyofenergymanagementandcontrolofmicrogridꎬanddistributedhierarchicalcoordinatedcontrolstrategiesareproposedbasedonthemulti ̄agentsystem(MAS)ꎬwhichshowstheadvantagesofbalancingthepowerandenergyꎬstabilizingvoltageandfrequencyꎬandachievingeconomicandcoordinatedoperationinmicrogrid.ThispapermakesacomprehensiveandsystematicanalysisꎬcomparisonandsummaryoftheapplicationoftheMASinmicrogrid.Firstlyꎬthehierarchicalcontrolstrategiesofmicrogridarecomparedandanalyzed.Theresearchshowsthatdistributedhierarchicalcontrolbased南京理工大学学报第45卷第2期onMAScanimprovetheflexibilityandreliabilityofthesystem.SecondlyꎬthemeritsanddrawbacksofdifferentMASmodelingmethodsarestudiedtoprovideabasisfortheselectionofoptimalcontrolstrategy.Withrespecttothecommunicationdelayꎬconsensusprotocolꎬplugandplaytopologiesareelaboratedꎬandthedifferentcommunicationdelaycompensationsstrategiesmethodsarecomprehen ̄sivelyanalyzed.FinallyꎬthefuturetrendsintermsofdistributedhierarchicalcoordinationcontrolstrategiesandoptimizationschemesbasedontheMASaresummarizedandproposed.Keywords:multi ̄agentsystemꎻmicrogridꎻhierarchicalcoordinationcontrolꎻcommunicationdelayꎻconsensus㊀㊀随着对可再生能源需求的增加ꎬ以清洁能源为主的光伏㊁风力发电等可再生能源的分布式电源已经在微电网中广泛应用ꎮ这种分布式发电比集中式发电具有更大的灵活性ꎬ在未来的智能电网中必将代替传统的发电模式ꎮ为了实现大电网和分布式电源之间功率平衡和能量管理问题ꎬ充分发挥分布式电源灵活㊁高效㊁易扩展的优点ꎬ微电网的概念被提出[1]ꎮ基本的微电网结构如图1所示ꎬ由分布式电源㊁传统发电机㊁能量转换装置㊁能量存储系统㊁负荷等组成ꎮ主要通过微电网集中控制中心或者能量管理系统进行控制ꎮ它比单个分布式电源单元具有更高的灵活性ꎬ能够实现自我控制㊁保护和管理ꎮ微电网的应用已经从根本上改变了传统负荷供电的方式ꎬ实现了分布式电源即插即用的目的ꎬ提高了电能质量ꎮ同时ꎬ有效地解决偏远地区供电问题以及避免由于大面积停电事故所造成的损失ꎬ极大地改善了电网的安全性㊁灵活性和可靠性[2]ꎮ通常微电网有3种工作模式:并网模式㊁孤岛模式以及两种模式之间的切换模式ꎮ微电网是通过公共连接点(PointcommonconnectꎬPCC)与大电网连接实现功率双向流动和模式转换的ꎮ在并网模式下ꎬ微电网不仅可以通过能量装换装置把电能回馈到大电网ꎬ同时当微电网自身发电不足时大电网也可以将电能传输到微电网ꎮ在孤岛模式下ꎬ微电网作为独立供电电源能够平衡本地负载的有功和无功功率ꎬ以确保系统的稳定运行ꎮ图1㊀微电网结构示意图821总第237期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀㊀㊀微电网的发展已经越来越成熟ꎬ但是目前仍然面临一些挑战ꎬ比如缺乏大规模可再生能源的并网能力ꎬ特别是在配电网条件较弱的情况下ꎬ并网能力更差ꎮ同时ꎬ电动汽车和储能技术的发展对智能微电网技术也提出了迫切的需求ꎮ而且要求多个微电网可以并联组成微电网群㊁提高系统稳定性以及电能质量㊁加强能量管理机制ꎬ优化和改进控制性能等问题已经受到越来越多的关注[3ꎬ4]ꎮ此外ꎬ微电网群也越来越受到研究者的关注ꎬ它是由多个基本微电网单元组成ꎮ微电网群出现的目的是在传统的分布式网络基础上增加微电网的渗透率ꎬ实现可再生能源的高效和稳定运行以及与大电网的友好交互[5ꎬ6]ꎮ作为一种高效处理可再生能源间歇性和随机性的方法ꎬ微电网群已经在多篇文献中被讨论ꎮ此外ꎬ微电网群还可用于处理分布式协调问题ꎬ同时保证系统的稳定运行ꎮ目前对于微电网的协同控制策略主要有3种类型:集中式控制㊁分布式控制以及分层控制ꎮ在集中式控制策略中ꎬ会设置一个主控制器ꎬ其能够对整个电网的数据信息进行处理ꎬ并将最终的决策指令发送到执行单元ꎬ从而实现预设的控制目标[7]ꎮ同时在主-从控制器之间需要设置一种通信转换语言来实现上述的信息传输ꎮ这种控制在技术难度和风险方面相对较低ꎬ但是一旦主控制器或者通信发生故障ꎬ整个微电网将不能正常工作ꎬ系统的可靠性将会受到严重损坏ꎮ为了避免上述问题的出现ꎬ提出了分布式控制ꎬ它是每个模块都有自己独立的控制器ꎬ其根据本地信息就能实现自我管理和控制[8]ꎬ避免了由于通信线路故障引起的可靠性问题ꎬ具有很好的扩展性ꎮ但是模块之间工作的独立性使得信息交流缺乏ꎬ难以实现系统整体控制和优化ꎮ结合前两者的优点ꎬ提出了分层控制ꎬ它将多智能体技术应用到微电网控制中ꎮ其利用多智能体的自治性㊁交互性㊁协调性的特点既能实现本地单元的独立运行ꎬ又能实现上层的优化控制和能量管理以及经济调度等[9ꎬ10]ꎮ分布式多智能体控制方法已被广泛应用于通过建立系统模型来加强电网可靠性和能量管理以及优化和改进系统性能等方面ꎮ本文对多智能体系统(Multi ̄agentsystemꎬMAS)模型进行了综述ꎬ包括图拓扑模型㊁遗传算法㊁非合作博弈模型和粒子群优化算法等ꎮ此外ꎬ在复杂的系统中一致性协议是多智能体之间相互交互的最基本的运行机制ꎬ它描述的是智能体之间信息交互的过程以及收敛最优ꎮ在多智能体系统中一致性协议是实现整个协调控制最重要的方向之一ꎮ在本文中ꎬ对基于多智能体的一致性协同控制方法进行了系统的综述ꎮ同时ꎬMAS的运行依赖于通信链路ꎬ不可避免会引起通信延迟稳定性问题ꎮ通信延迟主要分为固定通信延迟和随机通信延迟ꎬ本文分别对其各种补偿方案进行了比较ꎮ对基于MAS的微电网的研究ꎬ国外已经取得了很大的进展ꎮ国内在该领域的研究尚不成熟ꎬ缺少该领域的综述性文章ꎮ本文将结合国内外研究现状ꎬ对微电网基于MAS的分布式协调控制和优化进行了详细阐述分析ꎬ如建模方法㊁一致性控制㊁通信延迟㊁即插即用切换拓扑㊁能量协调㊁经济调度等问题ꎮ最后ꎬ给出了下一步研究方向ꎬ为该领域的研究学者提供参考ꎮ1㊀微电网中的分层控制微电网拓扑结构多变㊁控制结构复杂㊁控制目标多样ꎬ因此专家学者提出了微电网分层控制理论ꎬ它是以实现每一层的分布式控制为目的ꎬ最终实现微电网有功和无功功率㊁频率㊁电压的控制ꎬ以及各个分布式电源之间的能量协调㊁经济调度等ꎮ同时ꎬ无论是在并网模式还是孤岛模式下微电网的运行必须满足功率平衡的要求来保证系统电压和频率的稳定ꎮ微电网是一个复杂的多目标控制系统ꎬ它显示了多重时间尺度属性ꎬ如何在不同时间尺度下处理负载功率分配问题以及调节电压㊁频率和电能质量的稳定性是首先需要解决的关键问题[11-15]ꎮ为了恰当地应对这些问题ꎬ分层控制作为一种常见㊁有效的用于解决分布式电源的并网方法已得到广泛认可ꎮ1.1㊀传统的分层控制策略传统的分层控制主要是集中式控制ꎬ控制方式不够灵活ꎬ存在单点故障点ꎬ过度依赖通信网络ꎮ整体控制框图如图2所示ꎬ主要包括:初级控制㊁二级控制和三级控制ꎮ对于初级控制采用的是下垂控制ꎬ为了调节功率㊁电压㊁电流ꎬ避免电压和频率的不稳定以及解决多个微电网能量分配问题[16-18]ꎮ下垂控制方程如下㊀ω=ω∗-m (P-P∗)(1)㊀E=E∗-n (Q-Q∗)(2)921南京理工大学学报第45卷第2期式中:ω㊁E分别为输出电压参考值的频率和幅值ꎬω∗㊁E∗为额定参考角频率和电压ꎮP㊁Q是有功功率和无功功率ꎬP∗㊁Q∗是额定有功功率和无功功率参考值ꎮm㊁n为下垂控制系数ꎮ初级控制主要用于平衡分布式电源和储能装置之间的能量ꎮ图2㊀微电网分层控制结构示意图㊀㊀二级控制主要为消差环节ꎬ目的在于消除由初级控制层产生的频率和电压的偏差ꎬ将频率和电压维持在额定值附近[19-21]㊀Δω=1nðni=1Δωi=1nðni=1mi(Pi-P∗i)(3)Δω为角频率补偿量平均值ꎻΔωi为各台逆变器的角频率补偿量ꎮ进一步化简得到㊀Δω=mip∗i(1nðni=1Pi(pꎬu)-1)=㊀㊀K1(1nðni=1Pi(pꎬu)-1)(4)式中:Pi(pꎬu)=Pi/P∗iꎬ为各台逆变器的实际有功功率的标幺值ꎮ在微电网的二级控制中ꎬ集中控制和分散控制是最常用的方法[22-24]ꎮ对于集中式控制来说ꎬ最大的问题是过度的依赖微电网中心控制器ꎬ当微电网中心控制器处于故障状态时就会导致整个系统瘫痪ꎮ而且在这种集中式控制架构下是需要双向通信网络拓扑ꎬ增加了通信频道中数据信号处理的难度ꎮ同时由于通信延迟问题ꎬ测量和控制信号在传输过程中不可避免的存在延迟或者丢失的现象ꎮ在这种情况下ꎬ一方面会增加微电网的网络维护成本ꎬ另一方面也大大降低系统的稳定性[25-29]ꎮ为了解决上述问题ꎬ提出了分散式控制策略ꎮ分散式控制不依赖于微电网中心控制器和下垂控制机制ꎬ因此当某个分布式电源发生故障不会造成整个系统崩溃ꎮ同时ꎬ该控制策略还具有更好的通信容错的能力ꎬ也可以实现即插即用的性能ꎬ并且很容易扩展到更多的分布式电源单元ꎬ使得系统具有更好的可扩展性[30ꎬ31]ꎮ三级控制为调度层ꎬ控制各个分布式电源之间及微电网与外界的功率流动[32]ꎮ三级控制是微电网控制中最高水平控制ꎬ它可以根据系统状态㊁市场情况和需求预测来进行决策ꎬ优化微电网的容错能力和运行状态[33]ꎮ当微电网运行在并网模式下ꎬ通过调节电压频率和幅值可以控制能量在微电网内部的流向ꎮ㊀ω∗MG=kp(P∗G-PG)+kiʏ(P∗G-PG)dt(5)㊀E∗MG=kp(Q∗G-QG)+kiʏ(Q∗G-QG)dt(6)式中:kp㊁ki是三级控制补偿器的控制参数ꎬ根据P∗G和Q∗G额定有功功率和无功功率参考值ꎬ可以计算出实际的微电网出力情况[34]ꎮ1.2㊀基于MAS的分布式分层控制策略在传统的微电网分层控制中不能实现对电压㊁频率㊁功率的高智能性㊁强扩展性㊁高冗余和高可靠性的调节ꎮ作为一种智能控制方法ꎬ多智能体控制策略被逐渐应用到微电网中ꎮ多智能体控制的主要思想就是将复杂的大规模的系统分成若干个子系统ꎬ并且每个子系统之间都具有自治性和交互性的特点ꎮ文献[35]中ꎬ给出了Agent的031总第237期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀定义ꎬ认为一个Agent是具备自治性㊁社会性㊁反应性和主动性的建立在计算机平台之上的软硬件系统ꎬ即一般智能体具有以下3个特征[36-38]ꎮ(1)反应性ꎮ每个智能体都能够对其环境中的变化及时的做出反应ꎬ并根据这些变化和它要实现的功能采取一些应对措施ꎮ(2)主动性ꎮ每个智能体不仅仅能感知和响应环境变化ꎬ而且还表现出目标导向的行为ꎮ目标导向行为是指为了实现目标ꎬ智能体会动态地改变自己的行为ꎮ例如ꎬ如果一个代理丢失了与另一个代理的通信ꎬ而它需要另一个代理的服务来实现其目标ꎬ那么它将搜索提供相同服务的另一个代理ꎮWooldridge教授把它定义为一种主动能力ꎮ(3)社会性ꎮ每个智能体都能够与其他智能体进行信息交互ꎮ社交能力不仅仅意味着在不同的软件和硬件实体之间简单地传递数据ꎬ它还具有以合作的方式谈判和互动的能力ꎮ这种能力通常由智能体通信语言(AgentcommunicationlanguageꎬACL)支持ꎬACL允许智能体进行交谈ꎬ并完成协调㊁协作和协商等交互ꎮ通过每个子系统的智能特性利用多智能控制策略能实现系统的合作运行ꎬ因此适用于微电网中分布式电源的控制[39]ꎮ在近几年的文献中ꎬMAS已经广泛地应用在微电网中ꎮ其中ꎬ文献[40]提出将MAS应用到孤岛微电网的能量管理中并取得良好效果ꎮ文献[41]提出的多智能体策略实现了微电网中混杂的储能装置间的能量分配问题ꎮ文献[42]提出MAS模式下的分散控制在不同的通信网络下通过建立不同控制规则实现控制目标ꎮ当外界环境和负荷都在变化的情况下ꎬ依然能够输出稳定的电压㊁频率和功率ꎮ文献[43]提出基于分布式多智能体的频率控制方法ꎬ每个智能体能够跟相邻的智能体进行通信ꎬ通过采用平均一致性控制策略ꎬ使得控制目标达到最优ꎬ而且所有的信息都能通过这种分布式控制方法被共享ꎮ同时ꎬ在文献[44]中建立了基于MAS的分散式协同控制策略ꎮ文献[45]中提出一种基于MAS的分布式自适应控制设计方法ꎬ能够解决下垂控制中存在的问题ꎬ消除电压和频率偏差ꎬ实现有功和无功功率的合理分配ꎮ随着多智能体理论的发展ꎬ将分布式电源看作智能体并将其应用于微电网控制和管理ꎬ能实现分布式电源的 即插即用 性能ꎬ使得控制更加灵活ꎮ但是ꎬ分布式电源单元之间复杂多样的组合方式给实时控制的实施带来了很大的困难ꎬ也显著增加了系统运行的复杂性ꎮ为了实现MAS的最优运行ꎬ需要建立一个合适的综合优化运行模型ꎬ该模型必须与微电网的架构和运行模式密切相关ꎬ以实现微电网分布式协调控制[46-48]ꎮ2㊀微电网中MAS的建模与一致性由于MAS中分布式控制系统的复杂性使得系统难以控制ꎮ为了设计最优配置和最优控制策略ꎬ需要建立相应的系统模型ꎬ包括微电网拓扑模型和数学模型ꎮ同时ꎬ在复杂的动态模型中一致性是一个很重要的问题ꎬ其表明随着时间的变化ꎬ所有的智能体的状态最终都能收敛到最优值[49ꎬ50]ꎮ2.1㊀基于MAS的分布式分层控制策略在基于MAS的拓扑建模中ꎬ图模型是一种被广泛接受的方法ꎮ在文献[51]中ꎬ提出一种将任意可能非整数平均k次的连通图转化为连通随机m-正则图的离散方案ꎮ通过所提出的局部操作优化图的连通性ꎬ在总体稀疏性变化最小的情况下提高了网络的鲁棒性ꎮ在文献[52]和[53]中提出一种基于图论的多智能体系统的分布式非周期模型预测控制方法ꎬ该模型可以对图中的节点数量约简ꎬ并生成一个降阶的加权对称有向图MAS模型ꎮ在文献[54]中ꎬ研究了一般线性多智能体系统的符号一致问题ꎬ针对几种图拓扑结构ꎬ提出了分布式控制律ꎮ在文献[55]中ꎬ设计了连接实际通信链路的分布式地面站的加权图模型ꎬ如图3所示ꎮAi表示第i个分布式电源DGiꎬ每个Ai可以看作是一个Agentꎬ节点之间的连线表示两个分布式电源之间存在交互作用ꎮ该设计不需要微电网拓扑㊁阻抗或负载的信息ꎬ结构简单ꎬ冗余度高ꎬ易于扩展ꎬ消除了对中央微电网控制器的依赖ꎮ因此ꎬ为了实现MAS的全局优化ꎬ需要在系统状态和远程控制输入之间进行大量的数据通信ꎬ这导致了底层通信网络的高成本[56]ꎮ为了实现经济上可行通信ꎬ在通信成本或稀疏性约束下ꎬ根据通信状态/控制输入对的数量ꎬ文献[57]提出了一个博弈论框架ꎮ随着这种约束的加强ꎬ系统将从密集通信过渡到稀疏通信ꎬ从而在动态系统性能和信息交换之间实现权衡ꎮ131南京理工大学学报第45卷第2期图3㊀多智能体的图模型结构除了上述方法外ꎬ还提出了遗传算法㊁粒子群优化算法(ParticleswarmoptimizationꎬPSO)等数学模型来应用于多目标控制系统ꎮ在文献[58]中ꎬ提出MAS与遗传算法相结合ꎬ形成一种求解全局数值优化问题的多智能体遗传算法ꎬ该算法具有可扩展性ꎬ还可以提高MAS的预测精度和收敛速度ꎮ针对网络可靠性问题ꎬ文献[59]提出一种基于蒙特卡罗仿真(MonteCarlosimulationꎬMCS)的粒子群优化算法ꎬ所提出的MCS ̄PSO可以在可靠性约束下使成本最小化ꎮ这也是首次尝试使用粒子群算法结合MCS来解决复杂的网络可靠性问题ꎬ而不需要事先了解可靠性函数ꎮ与以往的研究工作相比ꎬMCS ̄PSO算法能够更好地解决复杂网络的可靠性优化问题ꎬ具有更高的效率ꎮ在文献[60]和[61]中ꎬ提出了一种改进二进制的粒子群优化算法ꎮ利用实时数字模拟器对电力系统进行建模ꎬ利用JAVA开发出一种基于PSO的多代理负载频率控制(Loadfrequencycon ̄trolꎬLFC)算法与资源代理通信ꎬ提高了孤岛运行下频率和电压的稳定ꎮ因此ꎬ适当地建立管理系统模型是协调控制和分析系统稳定性的前提ꎮ利用这些方法ꎬ可以实现微电网间的友好交互ꎬ实现新能源的有效利用[62]ꎮ表1对前面所述的建模方法和优化算法的优缺点进行了总结ꎮ表1㊀基于MAS的建模方法在微电网中优缺点比较模型和算法优点缺点图论拓扑模型[51-55]模型结构简单冗余度高㊁易于扩展对鲁棒性影响很大博弈模型[57]每个智能体都能实现状态优化算法复杂且耗时遗传算法[58]预测精度高ꎬ收敛速度快可扩展性和并行运行大多数参数根据经验获得动态响应速度慢粒子群优化算法[59]模型结构简单ꎬ计算速度快经济调度高效不能处理离散优化问题改进二进制粒子群优化算法[60ꎬ61]全局搜索性能好能处理离散优化问题缺乏后期的局部搜索能力2.2㊀分布式MAS的一致性在多智能体系统中ꎬ信息交互是指单个智能体与其相邻智能体之间的相互通信作用ꎮ因此ꎬ在智能体系统中实现控制目标一致性是关键问题[63]ꎬ包括对网络变换拓扑的一致性㊁对延迟的一致性㊁对最优目标的一致性㊁对采样数据的一致性ꎬ自适应一致性ꎬ二阶一致性ꎬ多个智能体的一致性[64-69]ꎮ文献[70]提出了一种分布式k均值算法和一种分布式模糊c均值算法ꎮ利用多智能体一致性理论中的一致性算法来交换传感器的测量信息ꎮ通常ꎬ这些问题是由分布式协议处理的ꎬ其中文献[71-73]设计了一个状态观测器和一个干扰观测器ꎬ保证一致误差为零ꎬ完全抑制干扰ꎮ此外ꎬ状态观测器采用自适应耦合增益的全分布方式设计ꎬ其优点是一致性协议的设计不依赖于与通信网络相关联的拉普拉斯矩阵ꎮ文献[74]提出一种通信时延下的线性协商协议ꎬ解决了MAS中的参数不确定性和时延问题ꎮ在这种方法中使用的协商一致协议表达式如下㊀ui(k)=KðjɪNiaij(xj(k-(k))-xi(k-(k))(7)式中:ui(k)和xi(k)分别为协商一致协议和第i231总第237期张善路㊀李㊀磊㊀陈鹏威㊀刘佳乐㊀多智能体系统在微电网中的应用㊀㊀个智能体的状态ꎮK是具有合适维数的反馈增益矩阵常数ꎬ(k)代表了时变延迟ꎮ让δij(k)=xj(k)-xi(k)表示状态之间智能体j和i的误差ꎮ定义离散时间MAS的成本函数JC如下㊀JC=JCx+JCu(8)㊀JCx=ðɕk=0ðNi=1ðNj=1aijδTij(k)Qxδij(k)(9)㊀JCu=ðɕk=0ðNi=1uTi(k)Quui(k)(10)式中:JCx和JCu分别为离散时间MAS的一致调节性能和控制能耗ꎮQx和Qu是对称的正定矩阵ꎮ对于给定的反馈增益矩阵Kꎬ在任意给定的有界初始条件下ꎬ离散时间MAS都能达到鲁棒性的成本一致ꎮ文献[75-77]提出两种情况下的高阶的一致协议:(1)状态反馈控制ꎬ它假设每个代理都可以访问其自身的状态以及其相邻的相对位置ꎻ(2)输出反馈控制ꎬ其中每个代理只测量其自身的位置及其相邻的相对位置ꎮ通过两个实例分析ꎬ说明了所提方案的优越性和有效性ꎮ在文献[78]和[79]中ꎬ建立了一种基于MAS的分布式混合控制策略ꎬ以确保微电网运行模式转换过程中的稳定性ꎻ设计了一种基于分布式稀疏通信网络的二级优化控制器ꎬ可以实现微网内负荷波动时元件上电压㊁频率的快速恢复以及有功功率的精确分配ꎮ文献[80-82]提出一种基于状态观测器的分布式输出反馈控制方案ꎬ保证了MAS的一致性ꎮ此外ꎬ还设计了状态反馈控制来处理MAS中的一致性问题ꎮ文献[83]提出一种克服延迟和噪声干扰的新技术ꎬ采用了增益衰减满足持久性条件的一致性协议ꎮ在微电网系统中ꎬ基于分布式MAS的动态一致性协议得到了广泛的认可ꎮ可以保证微电网的电压和频率稳定ꎬ有效调节有功功率和无功功率ꎮ同时ꎬ在线路阻抗不平衡㊁负载不平衡和非线性等复杂情况下ꎬ也可以改善微电网的电能质量[84ꎬ85]ꎮ3㊀微电网中MAS的通信时延分析智能微电网的发展离不开通信网络的支持ꎮ而通信时延是微电网控制实际应用中的主要障碍ꎮ尤其基于多智能体系统的微电网涉及的通信要求精度更高㊁控制更复杂ꎮ因此ꎬ如何改善和优化通信时延问题ꎬ对于单个微电网系统及微电网群的协调控制稳定运行至关重要ꎮ虽然华为5G通信技术已经成熟并领先世界ꎬ但是在整个国家电力系统中还没有普及ꎮ因此ꎬ研究通信机制㊁优化通信时延补偿是目前和未来一个重要的研究方向[86-88]ꎮ3.1㊀MAS的通信机制通信时延是微电网系统的固有特性ꎬ在通信数据传输过程中普遍存在ꎮ微电网中通信时延的存在阻碍了不同智能体之间的信息传递ꎬ也会引起扰动和不稳定[89]ꎮ微电网系统可以采用多种协议来实现电力系统与智能电子设备之间的高效通信ꎮ图4展示了微电网系统中通信网络的结构示意图ꎮ其中ꎬ通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施ꎮ主要功能就是提供无线覆盖ꎬ即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输ꎬ保证数据收发信息的稳定性ꎮ通过传感器来获取信息ꎬ并将命令信号发送给分布式电源㊁储能设备㊁负载和开关等ꎮ信息接口采用面向对象的建模技术ꎬ利用可扩展标记语言(ExtensiblemarkuplanguageꎬXML)构建相应的信息模型ꎬ其信息交互符合IEC61850标准规约ꎬ通信架构扩展灵活ꎬ具有良好的开放性㊁互操作性以及设备特性自描述能力ꎬ主要用于监控㊁记录服务器㊁定期记录系统数据ꎮ采集到的电压㊁频率㊁有功㊁无功控制信号等数据通过分布在各层的路由器传送到微电网主控制中心ꎬ然后经过处理和决策将执行指令发送到执行单元[90]ꎮ微电网系统中分布式电源的稳定运行主要依赖于通信链路的可靠性ꎮ为了进行有效的能量管理和经济调度ꎬ就需要下层为提上层供参数信息ꎬ并接收来自上层的控制指令ꎮ因此ꎬ这种通信延迟可能是恒定的ꎬ也可能是随机的ꎬ随着分层控制和基于一致性控制在微电网系统中的应用ꎬ由低带宽通信引起的延迟问题引起了人们的注意[91]ꎮ时延主要分为固定通信时延和随机通信时延ꎮ固定通信时延有3种ꎬ一是发送时延ꎬ二是传输时延ꎬ三是处理时延ꎮ其中ꎬ接收和处理时延ꎬ取决于目标设备的软硬件性能ꎻ传输时延ꎬ主要依赖于通信网络带宽和传输距离ꎮ而随机时延主要是等待时延ꎬ由MAS层协议㊁连接类型和网络负载决定ꎮ在固定时延和随机时延条件下ꎬ如何保持微电网系统的稳定性是一个重要的问题ꎬ这是应用分层控制和MAS技术解决实际工程问题的主要难点[92]ꎮ331。

船舶设计论文中英文外文翻译文献

船舶设计论文中英文外文翻译文献

船舶设计论文中英文外文翻译文献XXX shipbuilding。

with a single large container vessel consisting of approximately 1.5 n atomic components in a n hierarchy。

this n is considered a XXX involves a distributed multi-agent n that runs on top of PVM.2 XXXShip XXX process。

as well as the final product's performance and safety。

nal design XXX-consuming and often fail to consider all the complex factors XXX。

there is a need for a more XXX designers.3 The Role of HPCN in Ship Design nHPCN。

or high-performance computing and orking。

has the potential to XXX utilizing the massive parallel processing power of HPCN。

designers XXX changes。

cing the time and cost of thedesign process。

nally。

HPCN can handle the complex XXX。

XXX.4 XXX XXX of the HPCN n Support ToolThe XXX ship designers is implemented as a distributed multi-agent n that runs on top of PVM。

复杂系统

复杂系统

复杂系统本词条缺少概述图,补充相关内容使词条更完整,还能快速升级,赶紧来吧!复杂系统是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。

复杂系统是相对时代以来构成科学事业焦点的简单系统相比而言的,具有根本性的不同。

简单系统它们之间的相互作用比较弱,比如封闭的气体或遥远的星系,以至于我们能够应用简单的统计平均的方法来研究它们的行为。

而复杂并不一定与系统的规模成正比,复杂系统要有一定的规模,复杂系统中的个体一般来讲具有一定的智能性,例如组织中的细胞、股市中的股民、城市交通系统中的司机,这些个体都可以根据自身所处的部分环境通过自己的规则进行智能的判断或决策。

复杂系统简介随着新世纪的钟声响起,人类已经步入一个崭新的千年。

在这新千年来临之际,人类的科学技术不断进步,一方面科技取得了瞩目的成绩,并以前所未有的速度改变人们的生活;然而另一方面这也让更多的人迷惘了,未来的科技究竟何去何从,科学本身将如何发展?我们为什么要努力的发展科技?我们要朝哪个方向发展?所有的问题都指向了新科学:复杂系统。

有人预测,将成为21世纪的科学,因为它不仅仅从科学技术上指明了21世纪的发展方向,而且它给我们提供了一种崭新的世界观。

完美的、均衡的世界不存在了,取而代之的是复杂性的增长和混沌边缘的繁荣。

自上而下的分解分析方法曾经在几千年的科学发展中发挥了威力,然而复杂性科学却提出了一种自下而上的自然涌现方法。

数学无疑是人类理性认识自然的有力武器,然而面对庞大的,简单的数学推理不能胜任,复杂性科学开始运用来分析科学对象。

[1]复杂系统定义根据以上的描述,我们可以得到中对复杂系统的描述性定义:复杂系统(complex system)是具有中等数目基于局部信息做出行动的智能性、自适应性主体的系统。

复杂系统是一个很难定义的系统,它存在于这个世界各个角落。

如此,我们也可以这样定义它:1. 不是简单系统,也不是随机系统。

2. 是一个复合的系统,而不是纷繁的系统(It's complex system not complicated.)3. 复杂系统是一个非线性系统。

基于群体智能的多智能体系统的设计与优化

基于群体智能的多智能体系统的设计与优化

基于群体智能的多智能体系统的设计与优化第一章绪论1.1 研究背景和意义多智能体系统(Multi-agent System, MAS)是一种由多个相互协作的智能体组成的系统。

随着人工智能技术的发展,MAS在解决复杂问题、模拟生态系统和社会行为等领域展现出了重要的作用。

在MAS中,智能体之间的协作是关键,而群体智能则是支撑智能体协作的重要理论基础。

因此,基于群体智能的多智能体系统的设计与优化成为了当前研究的热点之一。

1.2 主要研究内容本文主要研究基于群体智能的多智能体系统的设计与优化。

具体而言,包括以下几个方面:(1)群体智能理论:介绍群体智能的概念、特点和基本理论模型,为后续研究提供理论基础。

(2)多智能体系统的建模与设计:探究多智能体系统的建模方法和设计原则,分析不同领域多智能体系统的实际应用案例。

(3)多智能体系统的协作与通信机制:研究多智能体系统中智能体之间的协作与通信机制,包括合作协议的设计、信息传递的优化等内容。

(4)多智能体系统的优化算法:提出基于群体智能的多智能体系统的优化算法,改善多智能体系统的性能和效率。

(5)多智能体系统的应用案例:介绍基于群体智能的多智能体系统在真实应用中的案例,如无人机编队、智能交通系统等领域。

第二章群体智能理论2.1 群体智能的概念和特点群体智能是指在一个智能体群体中,通过智能体之间的相互作用和协作,实现整体智能性质的一种集体行为。

群体智能具有自组织、适应性、并行性等特点,可以自动地产生新的行为模式和全局性的解决方案。

2.2 群体智能的基本理论模型群体智能的基本理论模型包括蚁群算法、粒子群优化算法、人工鱼群算法等。

这些模型通过模拟群体生物的行为和智能体间的相互作用,实现了群体智能的发挥。

这些模型在多智能体系统中的应用广泛,为解决复杂问题提供了有效的手段。

第三章多智能体系统的建模与设计3.1 多智能体系统的建模方法多智能体系统的建模方法包括事件驱动模型、协议有限状态机模型等。

多智能体系统的包含控制研究

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering网络通信技术Network Communication Technology多智能体系统的包含控制研究王雅(成都工业学院 教务处 四川省成都市 611730 )摘 要:本文简要介绍了符号网络下多智能体包含控制研究的理论基础,综述了国内外有关多智能体系统的包含控制问题的研究进展,并分析预测了该领域的发展趋势,最后对未来的工作进行了展望。

关键词:多智能体系统;包含控制;符号网络1引言多智能体系统(multi-agent systems )的思想源自对生物群集自 然现象的模拟,研究学者通过对该类自然现象的仿生研究提出了多智能体系统的概念,并从社会学、拓扑学以及控制理论等领域进行了深入探讨。

由于多智能体系统采用分布式协同控制,因此与传统 的集中式控制系统相比,多智能体系统具有功能更强大、鲁棒性能更好、设计更简单以及价格更便宜等优点。

目前,多智能体系统的研究在切换通信拓扑、动态模型以及分布式包含控制协议等方面均取得了不错的研究成果。

多智能体系统已在多个领域有了实际应用,例如传感器网络2】、移动智能机器人编队控制无人机部署⑸、 多机器人协作等。

近年来,随着通信、计算机学科以及人工智能等领域的迅猛发展,多智能体系统协同控制逐步发展为一门新兴的控制科学,激发了来自应用数学、智能控制、计算机应用等众多领域研究者们的兴趣。

对于多智能体系统的协同控制,最初是对简单的一阶多智能体系统I 切进行研究,提出了相应的控制算法并实现了智能体的位置 同步,紧接着进一步研究了二阶多智能体系统的协同控制(8'9',0,o目前,关于多智能体系统的研究主要涉及一致性问题⑴一⑸、包含控制问题皿⑺、编队控制问题皿⑼、蜂拥控制问题oof 、覆盖控制问题122创等,其中,关于一致性问题的研究是多智能体系统协同控制 中各类问题研究的重要理论基础。

基于大规模新能源接入的配电网协调控制策略研究

基于大规模新能源接入的配电网协调控制策略研究作者:李加亮毕京斌来源:《无线互联科技》2024年第13期作者简介:李加亮(1987—),男,工程师,本科;研究方向:电力系统,新能源承载力和消纳能力分析。

摘要:文章分析了新能源接入对配电网的影响,包括电压波动、功率不平衡、谐波污染等,提出一种基于模型预测控制的优化调度方法。

该方法通过滚动优化和反馈校正,实现新能源发电和配电网负荷的实时匹配,降低了配电网的运行成本。

对所提出的协调控制策略仿真验证,结果表明该策略能够有效地平抑新能源发电的波动,提高配电网的电压稳定性和供电可靠性。

关键词:大规模;新能源;配电网;控制中图分类号:TP393 文献标志码:A0 引言随着全球能源结构的转变和可持续发展战略的深入实施,新能源拥有相应的协调控制策略以提高配电网的运行效率和稳定性[1-2]。

本文基于大规模新能源接入的配电网协调控制策略,通过深入分析新能源接入对配电网的影响机理,提出一种有效的协调控制策略,旨在实现新能源发电单元、储能单元和负荷单元之间的优化协调,提高配电网的供电可靠性和电能质量。

同时,本文还将探讨新能源接入下的配电网优化调度问题,以期为实现配电网的绿色、智能、高效运行提供理论支撑和实践指导[3-4]。

1 新能源接入对配电网的影响新能源的接入显著优化了配电网的能源结构。

过去,配电网主要依赖化石能源,不仅资源有限,而且环境污染严重[5-6]。

如今,风能、太阳能等可再生能源的接入,使得配电网的能源来源更加多样化、清洁化。

这不仅有助于缓解能源紧张的局面,更在推动环保事业、实现绿色可持续发展方面发挥积极作用。

新能源的接入也给配电网运行带来一系列挑战。

由于新能源发电具有间歇性和波动性,这使得配电网的供电可靠性和电能质量面临新的考验。

为应对这些挑战,配电网需要采用更加先进的运行控制技术,实现对新能源发电的精细化调度和管理。

同时,还需要对现有设备与系统完成升级和改造,以提高配电网对新能源的接纳能力和运行效率。

多Agent技术及其应用研究


3、制造领域
3、制造领域
在制造业领域,多Agent系统被应用于智能制造中。通过建立多个代理来模拟 生产设备、工人等对象,可以实现对生产过程的实时监控和控制,提高生产效率 和产品质量。同时,多Agent系统还可以应用于生产计划和调度等方面,优化生 产资源分配和生产计划。
4、公共服务领域
4、公共服务领域
在公共服务领域,多Agent系统被应用于城市管理、应急响应等方面。通过建 立多个代理来模拟城市中的居民、企业等对象,可以实现对城市资源的优化配置 和管理,提高城市管理的效率和质量。同时,多Agent系统还可以应用于应急响 应中,提高应急响应的速度和质量。
三、总结
三、总结
多Agent系统是一种具有广泛应用前景的分布式系统,其理论和应用研究涉及 到多个领域。通过对多Agent系统的理论和应用研究,可以提高、自动化等领域 的技术水平和服务质量。未来,随着技术的不断发展,多Agent系统的应用领域 将越来越广泛,同时对其理论和应用研究也将不断深入。
谢谢观看
3、多Agent学习理论
3、多Agent学习理论
多Agent学习理论是研究Agent如何在交互和协作过程中学习和适应的理论。 多Agent系统的环境是动态变化的,因此需要Agent具有学习能力,以适应环境的 变化。多Agent学习包括个体学习和社会学习两种模式。个体学习是指Agent通过 自身的经验进行学习,社会学习是指Agent通过与其他Agent的交互和协作进行学 习。
四、多Agent技术的优缺点
隐私和安全:多Agent系统中的数据和信息可能涉及隐私和安全问题,需要加 强数据保护和安全管理。
五、展望未来
五、展望未来
随着技术的不断发展和进步,多Agent技术将会有更广泛的应用前景和发展方 向。未来,多Agent技术将与机器学习、深度学习等其他技术更加紧密地结合, 实现更加复杂和智能的任务。多Agent技术将在物联网、云计算、边缘计算等领 域发挥更大的作用,为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。

新时代职业英语《人工智能英语》教学大纲

《人工智能英语》教学大纲一、课程概况课程名称:人工智能英语课程英文名称:AI English课程定位:专业英语通识课课程编号:88888888总学时:64 / 48 / 36 / 24总学分:2 / 4适用专业:各专业课程类型:必修先修课程:通用英语开课学院:讲授教师:使用教材:《人工智能英语》《人工智能英语词汇手册》二、课程定位今天的世界正发生着深刻的变化,一方面是人工智能技术逐渐深入各行各业,引发新一轮的产业革命,另一方面全球化进程不断加速,中国在全球产业链中的地位日益突出,英语沟通能力的重要性日益凸显。

而同时,我国相继出台众多文件,如国务院《新一代人工智能发展规划》和教育部《高等学校人工智能创新行动计划》等推动人工智能相关课程在高校的落地实施。

因此,学习人工智能英语,开设人工智能英语课程,势在必行。

由于人工智能是所有新职业的技术技能知识基础,所以人工智能英语的课程定位为专业英语通识课,其先修课程为“基础英语”,后修课程为各个专业的专业英语。

院校可根据学生的实际需求、专业特色和课时情况,灵活搭配基础英语、人工智能英语和专业英语三类英语课程。

这既是新时代经济社会发展要求下英语教学改革的新思路和新探索,更能让学生在未来更好地适应数字经济时代和智能时代的岗位新要求和行业新发展。

三、课程目标1. 课程教学目标《人工智能英语》的教学目标分为语言、理实(理论和实践)和思政三个层面。

语言目标•词汇:能使用常见的专业词汇;能理解复杂的专业词汇;能运用常见词汇进行语言交流•语法:能理解专业语域中的语法形式;能理解、掌握和使用较复杂语法结构•阅读能力:能够运用预测、概括、类比、查找、举例等阅读策略理解阅读材料内容理实目标•新知识:掌握人工智能在各个行业发展的前沿信息和基本知识•新实践:了解人工智能的新应用和新产品,了解其常见的设计思路和操作方法•新岗位:培养学生以新思路和新视角更好适应新时代岗位的新要求和行业的新发展思政目标•中国文化:用穿插的中国元素和中华精神传递中国声音,实现文化自信•终身学习:用策略和活动等教会学生学习的方式方法,培养学习习惯,倡导终身学习•工匠精神:用高新技术及产品的介绍和说明书激发精益求精的工匠精神2. 课程教学目标与人才培养方案的关系院校设置人工智能英语课程,可以切实落实《教育部关于职业院校专业人才培养方案制订与实施工作的指导意见》(教职成〔2019〕13号)和教育部《高等学校人工智能创新行动计划》。

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Consensus tracking algorithms
Consensus tracking algorithms
When the consensus reference state is constant
i ui
Consensus tracking algorithms
Consensus tracking algorithms
Multi-agent formation control
Some space transformation 1.Translation transformation
Multi-agent formation control
Some space transformation 2.Scale transformation
Multi-agent formation control
Some space transformation 3.Rotation transformation
(1) Axis z y
x x cos y sin y x sin y cos z z
y y cos z sin z y sin z cos x x
Consensus tracking algorithms
When the consensus reference state is time-varying
i ui
Can the control is still valid?
Consensus tracking algorithms
the associated directed graph has a directed spanning tree
Multi-agent consensus control
Multi-agent consensus control
then the consensus equilibrium is the average of the initial information states, a condition called average consensus. Algorithm achieves average consensus asymptotically if and only if directed graph is strongly connected and balanced or undirected graph is connected.
Example: Vicsek model
Consensus tracking algorithms
Example: Vicsek model
Outline
Multi-agent consensus control
Multi-agent formation control
Multi-agent formation control
Consensus is achieved or reached by the team of agents if, for all xi(0),
Example
Multi-agent consensus control
What are the conditions under which the information states of consensus algorithm converge when the communication topology is time invariant and the gains aij are constant?
Optimization and performance evaluation for complex systems
Hu Jiangping School of Automation Engineering
Multi-agent systems
Introduction
Multi-agent consensus control
0 0 0 1
Multi-agent formation control
3.Rotation transformation
R(, , ) R z ( )R y ()R z ( ) cos sin 0 cos 0 sin cos sin 0 sin cos 0 0 1 0 sin cos 0 0 0 1 sin 0 cos 0 0 1
Consider a team of n = 4 vehicles together with the virtual team leader, vehicle 5. The virtual team leader has a constant consensus reference state ξr ≡ 1
Statistical Physics and emergence of collective behavior
Outline
Multi-agent consensus control
Multi-agent formation control
Multi-agent setting: Vicsek model
The main objective is to propose and analyze consensus algorithms to ensure that each agent in the team reaches consensus on a constant or time-varying consensus reference state that evolves with time or according to nonlinear dynamics when the consensus reference state is available only to a subgroup of the followers
Example (dynamical interconnection)
r
Connectivity condition
Matrix theory
ergodic
Example (dynamical interconnection)
Example (dynamical interconnection)
Consensus tracking algorithms
Consensus tracking algorithms
Consensus tracking algorithms
(a)
Consensus tracking algorithms
(b)
Consensus tracking algorithms
Multi-agent formation control
Introduction The problem of coordination of multiple agents arises in numerous applications, both in natural and in man-made systems. Examples from nature include:
How can a group of moving agents collectively decide on direction, based on nearest neighbor interaction?
r neighbors of agent i agent i
How does global behavior emerge from local interactions?
0 0 0 1
0 1 0 cos x y z 1 x y z 1 0 sin 0 0
0 sin cos 0
cos 0 x y z 1 x y z 1 sin 0
0 sin 1 0 0 cos 0 0
Example (dynamical interconnection)
Example (dynamical interconnection)
Example (dynamical interconnection)
Consensus tracking algorithms
Suppose that the team consists of the same n agents together with an additional (virtual) vehicle We call agent n +1 the team leader and agents 1,...,n the followers.
Multi-agent consensus control
Illustrative Example
Multi-agent consensus control
Multi-agent consensus control
Discrete-time consensus algorithm
Multi-agent consensus control
Crowd Dynamics and Building Egress
Introduction
Example from robotic cooperation
Multi-Robot Manipulation
Fundamental Questions In order to analyze such systems and design coordination strategies, several questions must be addressed: What are the dynamics of the individual agents? How do the agents exchange information? How do we couple the available outputs to achieve collective behaviors?
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