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基于改进微粒群算法的多机器人编队控制技术研究

作　者: 程律
导　师: 赵姝颖
学　校: 东北大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 多机器人编队控制微粒群算法惯性权重 MATLAB
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在多机器人系统的研究中,多机器人编队控制技术是一个重要的研究方向,它有非常广泛的应用领域,通过多机器人编队控制技术可以完成许多复杂和危险的任务。因此对多机器人编队控制技术的研究具有重要的意义。本文采用基于行为的虚拟领航跟随者法来研究多机器人编队控制,利用改进的微粒群算法来优化编队机器人的行为权重参数。首先在多机器人编队控制方法上,本文结合基于行为的方法和领航跟随者法提出了基于行为的虚拟领航跟随者法,以队形的几何中心作为虚拟领航机器人,其他实体机器人作为编队跟随机器人,以虚拟领航机器人为参考点完成编队任务；其次本文建立了环境模型和单机器人模型,定义了几种机器人的基本行为,利用基于Motor Schema结构的矢量合成法对机器人的基本行为进行合成,把合成结果作为机器人的行为输出；然后针对基本微粒群算法中采用固定的惯性权重使得算法收敛速度慢和收敛精度不高的问题,本文提出了基于动态惯性权重的改进微粒群算法,该算法主要是在算法迭代过程中对惯性权重进行非线性地递减,提高了算法的收敛速度和收敛精度；最后利用改进的微粒群算法优化编队机器人的行为权重参数,本文提出了基于改进微粒群算法的多机器人编队控制算法,并用MATLAB进行仿真,通过与未优化前的结果相比较,证明了基于改进微粒群算法的多机器人编队控制算法的有效性。实验结果表明,改进的微粒群算法收敛速度快,收敛精度高,能找到更好地全局最优值；用改进的微粒群算法优化编队机器人的行为权重参数,可以有效地提高编队性能,同时也证明了基于改进微粒群算法的多机器人编队控制的可行性和有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
    1.1.1 背景  11-12
    1.1.2 意义  12
  1.2 国内外研究现状和发展方向  12-14
  1.3 本文主要研究工作  14
  1.4 本文结构安排  14-17
第2章多机器人系统及编队控制方法  17-27
  2.1 多机器人系统体系结构  17-19
    2.1.1 机器人个体体系结构  17-18
    2.1.2 多机器人群体体系结构  18-19
  2.2 多机器人编队控制的基本问题  19-21
    2.2.1 多机器人编队控制的队形形成方法  19-20
    2.2.2 多机器人编队控制的队形保持方法  20-21
  2.3 多机器人编队控制的主要研究方法  21-25
    2.3.1 领航跟随者法  21-22
    2.3.2 基于行为的方法  22-23
    2.3.3 基于图论的方法  23
    2.3.4 虚拟结构法  23-24
    2.3.5 人工势场法  24-25
  2.4 混合式多机器人编队控制方法  25-26
  2.5 多机器人编队性能评估  26
  2.6 本章小结  26-27
第3章基于行为方法的多机器人编队控制算法  27-47
  3.1 单机器人与环境模型构建  27-29
    3.1.1 单机器人模型构建  27-28
    3.1.2 环境模型构建  28-29
  3.2 多机器人编队的相关问题  29-32
    3.2.1 多机器人编队的队形  29
    3.2.2 队形参考点的选取  29-30
    3.2.3 队形的表示方法  30-31
    3.2.4 队形矩阵的坐标系转换  31-32
  3.3 机器人的基本行为设计  32-37
    3.3.1 奔向目标行为  32-33
    3.3.2 保持队形行为  33-34
    3.3.3 避免静态障碍物行为  34-36
    3.3.4 躲避其他机器人行为  36-37
    3.3.5 绕走行为  37
  3.4 基于行为方法的多机器人编队控制结构  37-39
  3.5 多机器人编队控制算法  39-45
    3.5.1 多机器人队形形成算法  39-42
    3.5.2 基于行为方法的多机器人编队控制算法  42-45
  3.6 本章小结  45-47
第4章基于动态惯性权重的改进微粒群算法研究  47-67
  4.1 基本微粒群算法  47-51
    4.1.1 微粒群算法原理  47-48
    4.1.2 微粒群算法的数学描述  48-49
    4.1.3 微粒群算法流程  49-51
  4.2 微粒群算法参数的分析  51-52
  4.3 现有微粒群算法存在的问题  52-53
  4.4 基于动态惯性权重的改进微粒群算法  53-56
    4.4.1 算法改进的思路  53-54
    4.4.2 算法描述  54-56
  4.5 改进微粒群算法的实验分析  56-64
    4.5.1 算法性能的测试函数  56-59
    4.5.2 算法测试仿真结果  59-62
    4.5.3 测试结果及分析  62-64
  4.6 本章小结  64-67
第5章基于改进微粒群算法的多机器人编队控制算法及仿真  67-75
  5.1 基于改进微粒群算法的多机器人编队控制算法  67-69
  5.2 基于改进微粒群算法的多机器人编队控制仿真  69-73
    5.2.1 编队控制仿真  69-71
    5.2.2 仿真结果分析  71-73
  5.3 本章小结  73-75
第6章总结与展望  75-77
  6.1 总结  75-76
  6.2 展望  76-77
参考文献  77-81
致谢  81-83
硕士期间完成论文情况  83

基于改进微粒群算法的多机器人编队控制技术研究

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