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多智能体编队避障算法研究
资料介绍
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Vol.25 No.3
Sept. 2010
第25 卷第3 期
2010 年 9 月
Journal of Hunan University of Science & Technology（Natural Science Edition）
多智能体编队避障算法研究
1
高磊，闫敬
2
（1.平顶山学院 电气信息工程学院，河南 平顶山 467000；2. 燕山大学 电气工程学院，河北 秦皇岛 066004）
摘 要：利用势函数方法，研究了多智能体在障碍物环境下的追击编队控制.为解决单个智能体在势场中存在局部极小点与动态性
能不好问题，引入速度势场建立新的势场函数.并研究了多智能体在不同环境下的编队控制，其中包括无障碍物环境，静态障碍物环境，
以及静态障碍物和动态障碍物并存的复杂环境.通过选择与目标，障碍物和编队队形相关的势场函数，提出一种新的分布式编队避障控
制算法.仿真结果表明所提算法能有效地解决多智能体编队避障问题.
关键词：编队；避障；多智能体；势函数法
中图分类号：TP273
文献标识码：A
文章编号：1672- 9102（2010）03- 0072- 05
[1-3]
近年来，随着对生物群集行为研究 的不断深
入，协调控制已经成为控制领域研究的热点. 与此同
时，传感器网络的快速发展使得多个运动体能够像生
物体那样通过编队来共同完成一些复杂任务，如多移
搜索救援等协作任务的保证. 然而智能体协作控制的
复杂性使多智能体技术的广泛应用成为一项具有挑
战性的课题.因此，设计一种合理、有效的编队避障算
法对智能体技术的推广应用具有重要的理论及现实
意义.
[4]，
动机器人围捕入侵者 多卫星的太空观测等.这就激
发了科研人员通过协同控制方法，来解决工程应用中
多智能体编队避障问题.
目前，对于多智能体编队避障控制的研究，文献
[5]
[6]
中提出的方法主要分为基于行为法 、领航者法 、预
[7]
[8]
多智能体编队避障控制是指如何在有障碍物的
测控制方法 、势函数法 .其中，势函数法由于计算简
工作环境中，设计一条从起始点到终点的运动路径， 单，实用性强，并且便于数学描述，所以在对目标追踪
使智能体在运动过程中能安全、无碰撞地绕过所有的
和障碍躲避中得到广泛应用，并取得良好效果.在领
航者法中只需要控制 follower 跟踪 leader 的轨迹，由
障碍物，同时在某些特定情况下，实现多智能体保持
一定的队形去追踪目标.对于多智能体追踪系统而言， 于设计简单，因此领航者法在多智能编队控制中得
保持一定的队形和有效避开障碍物可以充分有效地
利用多智能体完成任务，缩短执行任务的时间，降低
系统的成本，提高系统的工作效率，充分获取当前的
环境信息. 在对抗性环境中能增强系统抵抗外界进攻
的能力，提高系统鲁棒性，尤其是在军事领域有着广
泛的应用，例如航天器、无人机的编队飞行、自主水下
航行器的编队航行等. 多智能体编队避障控制是智能
体协作技术中最基本和最重要的问题，而智能体之间
的协调运动能力又是完成诸如物体搬运、空间搜索和
到广泛应用，但是大多文献都不考虑障碍物的存在，
而障碍物在智能体路径规划中是经常出现的.同时对
于传统势场方法，智能体极易陷入极小值点以及动态
[9]
性能不强的弱点 .基于此，本文设计了一种新颖的能
够使智能体实现稳定编队，并有效跟踪目标和避开障
碍的控制算法. 对单个和多个智能体分别进行考虑，
结合势函数法和领航者法设计相应的势场函数，综合
考虑智能体运行环境，最后仿真结果表明了文中算法
的有效性.
收稿日期：2010- 07- 05
基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（2010CB731800）（973 项目）；国家自然科学基金重点资助项目（60934003）
通信作者：高磊（1978-），男，河南南阳人，硕士，讲师，主要从事多智能协调控制.E- mail：ysueducn@163.com
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