课题基金 / 基金详情

基于封闭曲线拼接的AUV群智能协同围捕机理与方法

批准号:
52071271
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
刘明雍
依托单位:
学科分类:
船舶工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘明雍

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
研究基于封闭曲线拼接的AUV群智能围捕问题,与指挥或协商不同,群智能围捕是依靠个体行为规则,在群体层面出现的复杂、智能行为,目前对其实现机理及控制等基本问题尚不清楚。由于个体具有与全局一致性相背离的歧离趋势,导致群智能围捕难以实现,因此封闭曲线拼接的机理与实现对围捕具有关键作用。但个体歧离性与全局协同性存在根本矛盾,且封闭曲线的自组织拼接会受到本体、队友、猎物、环境、信息等多种因素制约,具有很大的研究难度。本项目主要根据隐函数理论,采用基因调控分布式控制、动态网络稳定性分析等,研究:1)面向群智能围捕的封闭曲线生成机理;2)基于封闭曲线拼接的围捕控制算法;3)个体感知能力约束下的围捕控制等。通过理论分析、数字仿真及实验验证,揭示个体歧离、全局协作之矛盾作用下的围捕机理;掌握围捕曲线拼接的控制方法;明确感知距离、感知时延作用于围捕的边界条件;实现群智能涌现的协同围捕,为工程实践提供理论依据。
英文摘要
The project investigates the mechanisms and approaches in multi-target trapping problem with a swarm of AUVs based on closed curve splicing. In contrast, there is no central controller for the system, novel collective behaviors emerge from individual’s local interaction. It is still not clear how to control a swarm of AUVs to entrap target. The individual level and the group level have a fundamental conflict because of individual-interest and group-interest. This makes the target hunting a difficult problem which needs to consider the number of neighbors, target and external environment. In this project, a distributed method based on radius basis implicit function and gene regulatory network is proposed to investigate 1)the mechanism of closed curve splicing with regards to target hunting; 2)the distributed method of target hunting based on closed curve splicing; and 3)target hunting with the perception constraints of detection distance and detection delay, etc. By means of the theoretical analysis, digital simulations and experimental verification, it is expected to reveal the mechanisms of closed curve splicing, distributed target hunting method and the boundaries of perception range for the target hunting, which is able to provide theoretical foundation for the future of the practical engineering practice.
本研究以多AUV群智能协同围捕为研究对象,从封闭曲线在集群内部生成机理出发,在不依赖于指派、协商等智能规划机制下,借鉴生物群集个体间隐式信息交互方式,揭示封闭曲线生成机理,结合AUV运动学与动力学约束,构建封闭曲线自组织拼接模型,进一步实现AUV群智能协同围捕控制。.首先,对封闭曲线的生成机理以及作用模式对集群协同围捕行为的影响进行深入研究,提炼出集群协同围捕行为中的封闭曲线生成机理,构建了基于径向基隐式函数的封闭曲线生成模型,设计了外部刺激传播下以注意力机制为纽带的封闭曲线自组织围捕模型框架。.其次,结合AUV运动学与动力学约束,围绕外部刺激信息在集群内部的隐式传递机制,构建了用于目标围捕的封闭曲线自组织拼接模型,提出了一种外部刺激与内部信息隐式传播约束下基于基因调控网络模型的协同围捕控制算法。针对大规模群体协同围捕中,单层围捕策略容易导致空间拥堵、碰撞等问题,提出了一种基于混合策略梯度的多层围捕控制算法,并设计了基于无向图最大团的协同避障算法,加速封闭曲线的避障重构,并结合Lyapunov理论对系统进行稳定性分析。.然后,针对个体感知距离约束下的协同围捕控制问题,提出一种基于目标可见性保持的协同围捕方法,以克服个体感知距离限制,保持目标的可见性,并能够适应任意形状的封闭曲线。此外,对于感知时延影响下的信息滞后问题,提出了一种基于虚拟共识的封闭曲线生成方法,以支持更快、更可靠的围捕曲线生成。.最后,利用NPU机器人搭建AUV群智能协同围捕试验平台并进行实验,实验结果验证了基于封闭曲线拼接的AUV群智能协同围捕控制的可行性。.本项目的研究成果对群智能涌现控制理论与应用发展具有重要的基础性意义。
基于共识自主构建的AUV群智能协同对抗机理与方法
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    刘明雍
  • 依托单位:
基于外部刺激隐式传播的鱼群AUV自组织分群控制机理与方法
  • 批准号:
    51879219
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    刘明雍
  • 依托单位:
基于双边博弈的多AUV协同对抗机理与方法研究
  • 批准号:
    51679201
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    刘明雍
  • 依托单位:
基于地磁多参量多目标搜索的AUV仿生导航研究
  • 批准号:
    51379176
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘明雍
  • 依托单位:
国内基金
海外基金