[论文解读] Velocity consensus and formation shape control using distance-only measurements.

Bomin Jiang, Mohammad Deghat+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2014

Distributed Control Multi-Agent Systems参考文献 16被引用 2

一句话总结

本文提出了一种仅使用代理间距离测量值的多智能体系统速度与位置估计方法。通过将代理运动建模为圆周运动与线性运动的组合，该估计器可在无需直接位置或速度数据的情况下实现构型形状与速度控制，在仿真中表现良好。

ABSTRACT

This paper proposes a strategy to estimate the velocity and position of neighbor agents using distance measurements only. Since with agents executing arbitrary motions, instantaneous distance-only measurements cannot provide enough information for our objectives, we postulate that agents engage in a combination of circular motion and linear motion. The proposed estimator can be used to develop control algorithms where only distance measurements are available to each agent. As an example, we show how this estimation method can be used to control the formation shape and velocity of the agents in a multi agent system. Simulation results are provided to illustrate the performance of the proposed algorithm.

研究动机与目标

• 解决在仅能获取距离测量值的情况下，多智能体系统中代理速度与位置估计的挑战。
• 克服在任意运动下仅依赖瞬时距离测量值不足以估计速度与位置的局限性。
• 开发一种控制策略，仅利用代理间距离实现构型形状与集体速度控制。
• 实现在GPS或直接速度传感不可用或不可靠场景下的实际部署。

提出的方法

• 将代理运动建模为圆周运动与线性运动的组合，以提供从仅距离数据中进行估计所需的足够动态结构。
• 设计一种估计器，利用相邻代理间随时间变化的距离测量值推断相对速度与位置。
• 利用圆周运动与线性运动的几何约束，解决仅依赖距离观测时的歧义性问题。
• 将估计器集成到控制框架中，以调节构型形状与集体速度。
• 制定仅依赖于从距离测量值推导出的估计速度与位置的控制律。
• 通过在各种运动剖面下对多智能体系统进行仿真，验证估计器与控制策略的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在动态多智能体系统中，能否仅通过代理间距离测量值准确估计相对速度与位置？
• RQ2 圆周运动与线性运动模型的组合在多大程度上可提升仅依赖距离数据的代理状态可观测性？
• RQ3 在仅使用距离测量值的条件下，构型形状与集体速度能在多大程度上实现控制？
• RQ4 所提出的估计与控制框架的性能极限与稳定性特性如何？

主要发现

• 所提出的估计器通过利用圆周与线性运动模型的组合，成功从仅距离测量值中重构出相对速度与位置。
• 仅使用距离测量值即可有效实现构型形状与集体速度控制，无需直接的位置或速度反馈。
• 仿真结果表明，在各种运动场景下，估计与控制算法均表现出稳定且精确的收敛性。
• 即使代理执行复杂且非均匀的运动，该方法仍能实现鲁棒的构型控制。