[发明专利]一种包含互斥资源的多智能体系统的控制器生成方法

说明书

本发明公开了一种包含互斥资源的多智能体系统的控制器生成方法。所述方法为：首先由SCT的mutex函数处理涉及互斥资源约束条件的控制需求；然后，将mutex函数的计算结果作为一个简化的受控对象；最后，计算简化后的受控对象关于其他控制需求的控制器。这种方法通过优先处理互斥资源的控制需求，然后再处理其他控制需求生成控制器，能有效缓解智能体及各子需求做并行组合操作时产生的状态爆炸问题。

技术领域

本发明涉及自动控制领域和离散事件系统，具体是一种包含互斥资源的多智能体系统的控制器生成方法。

背景技术

近年来，随着人工智能和通信技术的快速发展，多智能体系统MAS(multi-agentsystem，简称MAS)在航空航天、无人驾驶、机器人等领域都有广泛和深入的应用，已经成为当前控制工程、计算机科学、机器人学、经济学、数学、物理等学科的热点研究方向。多智能体系统由多个具有一定传感、计算、执行能力的个体组成，个体通过网络与其它智能体通信，相互协作共同完成任务。多智能体通过彼此间的协同将大大提高个体行为的智能化程度，以更好地完成单个个体无法胜任的复杂工作。通常由于智能体之间的信息在传感、传播和接收过程中会受到通信带宽、距离及各种噪声的影响，使各智能体很难获得其邻居的精确状态信息，导致协同后的多智能体系统并不能完全满足所有需求。因此，在各智能体自治计算和规划协商的基础上，对其行为进行总体协调控制，是保证其能够有效、安全地完成任务的有效解决途径之一。

一般而言，MAS中存在着不能被多个智能体同时共享的资源，即互斥资源(mutexresource)。资源互斥问题是MAS中存在的一个普遍问题，在离散事件系统DES(DiscreteEvent System，简称DES)的监督控制理论SCT(Supervisory Control Theory，，简称SCT)中，受控系统和控制需求一般用确定有限状态自动机(Deterministic Finite Automaton，简称有限状态自动机)进行描述，SCT可以为受控系统生成一个用有限状态自动机描述的具有最大可允许行为的监督控制器。在SCT中，对互斥资源的约束用控制需求进行描述，从而可以生成一个控制器使系统行为满足互斥性。在MAS中，整个系统的模型由所有单个智能体模型的同步积组成，系统模型的状态数随着智能体个数的增加呈指数增长，状态爆炸问题是用SCT解决多智能体系统控制问题的一大障碍。

现有技术中的自动机相关理论一般有：

字母表∑是一个非空的有限字符集合，在∑上定义的字符串s由一系列符号组成，空字符∈和所有在∑上定义的有限字符串构成了集合∑^*，∑^*中的两个字符串s₁，s₂∈∑^*的连接定义为s＝s₁.s₂，一般可简写为s＝s₁s₂，一个确定的有限状态自动机有限状态自动机是一个五元组，用A＝(Q，∑，δ，q₀，Q_m)表示，其中，Q为状态集，∑为字母表，δ：Q×∑→Q为状态转移函数，q₀∈Q为初始状态，为标记状态集，对于状态q，q′∈Q和σ∈∑，转移函数δ(q，σ)＝q′表示状态q经过事件σ转移到状态q′，如果δ(q，σ)有定义，用δ(q，σ)！表示，一般而言，转移函数δ以递归的方式从域Q×∑扩展到域Q×∑^*：

(1)δ(q，ε)＝q；

(2)对于σ∈∑，q，q′∈Q，s∈∑^*，如果δ(q，s)＝q′，且δ(q′，σ)！，则δ(q，sσ)！且δ(q，sσ)＝δ(δ(q，s)，σ)，以下内容中，自动机均指有限状态自动机，

如果存在一个字符串s∈∑^*使得δ(q，s)＝q′，则称状态q′是从状态q可达的(reachable)；

如果q是从初始状态q₀可达的，则称q是可达的；