一、概述 

多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)即多個(gè)智能體組成的集合，它的目標(biāo)是將大而復(fù)雜的 系統(tǒng)集成設(shè)成小的、彼此互相通信和協(xié)調(diào)的、易于管理的系統(tǒng)。多智能體協(xié)同控 制系統(tǒng)在表達(dá)實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，通過各智能體間的通訊、合作、互解、協(xié)調(diào)、調(diào)度、 管理及控制來(lái)表達(dá)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)、功能及行為特性。 

多智能體系統(tǒng)控制具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，并具有自組織能力、學(xué)習(xí) 能力和推理能力。采用多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問題，具有很強(qiáng)的魯 棒性和可靠性，并具有較高的問題求解效率。 

多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)是智能體技術(shù)應(yīng)用及研究的一個(gè)質(zhì)的飛躍，不同行業(yè) 的專家學(xué)者對(duì)之進(jìn)行了深入的研究并從多個(gè)角度闡述了多智能體系統(tǒng)用于解決 實(shí)際問題的優(yōu)勢(shì)，歸納起來(lái)，主要有以下幾點(diǎn)： 

1、在多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)中，每個(gè)智能體具有獨(dú)立性和自主性，能夠解決給 定的子問題，自主地推理和規(guī)劃并選擇適當(dāng)?shù)牟呗?，并以特定的方式影響環(huán) 境；

 2、多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)支持分布式應(yīng)用，所以要具有良好的模塊性、易于擴(kuò) 展性和設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)單，克服了建設(shè)一個(gè)龐大的系統(tǒng)所造成的管理和擴(kuò)展的困 難，應(yīng)有效降低系統(tǒng)的總成本；

 3、在多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，不追求單個(gè)龐大復(fù)雜的體系，而是按 面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)造多層次、多元化的“狼蜂”智能體，要降低系統(tǒng)的復(fù)雜 性，也要降低各智能體問題求解的復(fù)雜性；

 4、多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)是一個(gè)講究協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，各智能體通過互相協(xié)調(diào)去解 決大規(guī)模的復(fù)雜問題；“狼蜂”智能體空地一體系統(tǒng)多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)也 是一個(gè)集成系統(tǒng)，它采用信息集成技術(shù)，將各子系統(tǒng)的信息集成在一起，完 成復(fù)雜系統(tǒng)的集成； 

5、在多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)中，各智能體之間互相通信，彼此協(xié)調(diào)，并行地求 解問題，因此能有效地提高問題求解的能力。 

多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)是在多無(wú)人車、無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)中，各個(gè)無(wú)人車及無(wú)人機(jī) 之間能夠保持一定的相對(duì)距離，并在速度及位置上按照預(yù)設(shè)路線或命令進(jìn)行運(yùn)動(dòng) 的過程?；?MATLAB/Simulink 進(jìn)行硬件在環(huán)控制算法開發(fā)和驗(yàn)證，可通過 MATLAB/Simulink 軟件直接獲取高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)，并提供多無(wú)人車、 無(wú)人機(jī)協(xié)同控制的 OEMO 程序。

二、多智能體協(xié)同控制系特點(diǎn) 

● 室內(nèi)定位系統(tǒng)：采用室內(nèi)光學(xué)動(dòng)捕技術(shù)，定位范圍 6m*6m，支持亞毫米級(jí)定 位，能夠最多同時(shí)捕捉 12 架左右的無(wú)人車或無(wú)人機(jī)；

 ● 被控制對(duì)象：2 臺(tái)無(wú)人車及 4 架無(wú)人機(jī)進(jìn)行編隊(duì)。

 ● 無(wú)人機(jī)飛控：無(wú)人機(jī) STM32F427（180MHZ）主控及 STM32F100 協(xié)處理器，內(nèi) 置三組 IMU 冗余設(shè)計(jì)，外置 GPS 和光流模塊，支持 TCP/UDP 通訊協(xié)議。

 ● 視覺導(dǎo)航：256 顆 CUDA 核心，CPU 選用 Quad ARM A57,4G 內(nèi)存，16G 存儲(chǔ)， 要擁有豐富的外設(shè)資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力。

 ● 無(wú)人車控制器：需配置 NVIDIA TX2 主板，打在激光雷達(dá)和視覺傳感器與識(shí) 別 SDK，能夠進(jìn)行 SLAM 建模和圖像跟蹤。 

● 基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)：可在 MATLAB/Simulink 軟件平臺(tái)進(jìn)行控制算法研究，支持自 動(dòng)生成代碼，通過無(wú)線 WiFi 下載到無(wú)人車控制板和無(wú)人機(jī)飛控板。

 ● 擴(kuò)展開發(fā)語(yǔ)言：支持 C、C++、Python 編程，適合有一定代碼開發(fā)能力的學(xué) 生，進(jìn)一步錘煉代碼編程能力；

 ● 基于模型（MBD）的設(shè)計(jì)：MATLAB/Simulink 中提供了 ROS 的支持包，可試 驗(yàn) Simulink 控制模型到 ROS 系統(tǒng)代碼的自動(dòng)生成，降低了 ROS 系統(tǒng)控制模型的 開發(fā)難度，適合大眾化本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)；

 ● 可用于無(wú)人系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模和控制研究、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、避障控制、多信息融 合、編隊(duì)控制、多智能體協(xié)同控制、無(wú)人系統(tǒng)自主控制、足型機(jī)器人步態(tài)分析等。

三、總體架構(gòu) 

多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)包括實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、多智能體協(xié)同控 制系統(tǒng)，以及與之配套的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信裝置。 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)采用光學(xué)動(dòng)捕技術(shù)，主要由紅外光學(xué)動(dòng)作捕捉鏡頭、操作及 分析處理軟件和配件組成，可捕捉輸出智能體精準(zhǔn)的三維空間數(shù)據(jù)，系統(tǒng)精度 可達(dá)亞毫米級(jí)。 

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)是一臺(tái)高性能臺(tái)式服務(wù)器，運(yùn)行 Windows7 以上操作系統(tǒng)，部 署用于圖像處理、定位跟蹤、算法開發(fā)、模型編譯下載以及進(jìn)行數(shù)據(jù)堅(jiān)實(shí)分析 的軟件，可同時(shí)作為開發(fā)主機(jī)和 Windows 目標(biāo)機(jī)使用。 多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)是指在上位機(jī) MATLAB/Simulink 軟件平臺(tái)上進(jìn)行控 制算法開發(fā)，通過無(wú)線通信完成對(duì)若干無(wú)人車、無(wú)人機(jī)的集群協(xié)同控制。 

四、系統(tǒng)布置 

多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)室布置主要包括人機(jī)操作區(qū)和設(shè)備 實(shí)驗(yàn)區(qū)，具體如下圖所示：

● 人機(jī)操作區(qū)：該區(qū)域主要用于研究人員進(jìn)行上位機(jī)操作開發(fā)，可在該區(qū)域控 制和觀察實(shí)驗(yàn)設(shè)備區(qū)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，主要設(shè)備包括卓翼、上位機(jī)、路由器及 必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)施。 

● 設(shè)備實(shí)驗(yàn)區(qū)：該區(qū)域主要用來(lái)進(jìn)行圖像獲取、無(wú)人車及無(wú)人機(jī)的編隊(duì)控制實(shí) 驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)人員禁止進(jìn)入，主要有 8 臺(tái)攝像頭、2 臺(tái)無(wú)人車、4 架 無(wú)人機(jī)以及必要的保護(hù)設(shè)施。 

五、硬件架構(gòu)

上圖為平臺(tái)系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖，主要包括如下：

1、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)通過多個(gè)攝像頭完成無(wú)人車、無(wú)人機(jī)的圖形采集，將采集到的 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析獲得無(wú)人車、無(wú)人機(jī)精確的位置和姿態(tài)信息，并將處理結(jié) 果發(fā)送給開發(fā)主機(jī)。

 2、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)開發(fā)主機(jī)主要完成算法開發(fā)和 Windows 實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)功能：算法 開發(fā)主要基于 MATLAB/Simulink 實(shí)現(xiàn)，結(jié)合實(shí)時(shí)控制軟件，可實(shí)現(xiàn)代碼生 成、編譯和部署；開發(fā)主機(jī)可作為 Windows 實(shí)時(shí)目標(biāo)機(jī)，運(yùn)行 Simulink 生 成的 Windows Target 目標(biāo)代碼。

 3、多智能體協(xié)同控制系統(tǒng)包括若干無(wú)人車、無(wú)人機(jī)，每個(gè)無(wú)人車、無(wú)人機(jī)上安 裝高性能計(jì)算單元和外圍傳感器，兼容 MATLAB/Simulink，能夠基于 MATLAB/Simulink 進(jìn)行控制器開放式硬件，實(shí)現(xiàn)多智能體協(xié)同控制、視覺 SLAM 等復(fù)雜算法研究。 

備注：為保障實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)人員的安全，進(jìn)行編隊(duì)控制、控制開發(fā)、步態(tài)分析、 運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)人員智能在開發(fā)主機(jī)端操作，不可進(jìn)入編隊(duì)活 動(dòng)工作區(qū)域，確認(rèn)無(wú)人機(jī)、無(wú)人機(jī)車、足型機(jī)器人停止后才能到工作目標(biāo)工 作、連接線纜、調(diào)試設(shè)備等操作。

五、軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件分為“上-下位機(jī)”兩部分，主要包括：

 1、上位機(jī)軟件：基于 Windows 操作系統(tǒng)個(gè)，提供圖像定位處理的軟件、ROS 實(shí) 時(shí)示例軟件、地面站軟件、實(shí)時(shí)控制軟件； 

 2、下位機(jī)軟件：基于 ROS 系統(tǒng)，提供無(wú)人車/無(wú)人機(jī)控制板的硬件驅(qū)動(dòng)、實(shí)時(shí)仿真引擎以及控制模型實(shí)時(shí)代碼。 

更多內(nèi)容……(略)