Distributed Lyapunov-based model predictive control for collision avoidance of multi-agent formation

Yaohua Guo; Jun Zhou; Yingying Liu

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Distributed Lyapunov-based model predictive control for collision avoidance of multi-agent formation

机译：基于分布式李雅普诺夫的模型预测控制，避免多主体形成的碰撞

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This study addresses the problem of distributed formation control for a multi-agent system with collision avoidance between agents and with obstacles, in the presence of various constraints. The authors proposed solution incorporates a control Lyapunov function (CLF) into a distributed model predictive control scheme, which inherits the strong stability property of the CLF and optimises the formation performance. For each agent, the formation tracking objective is formulated through the CLF, while the collision avoidance objective being explicitly considered as constraints. A relaxation parameter is introduced into the CLF condition to make the trade-off between the two conflicting objectives. The terminal constraint is constructed based on the concept of velocity obstacle, which characterises the set of states that lead to collisions. They show that the terminal constraint together with the relaxed CLF-based constraint guarantees the recursive feasibility and stability of the multi-agent system for almost any prediction horizon. Furthermore, the theoretical effectiveness and advantageous implementation properties are demonstrated through simulation for multi-agent formation control with several obstacles.

机译：这项研究解决了在存在各种约束的情况下，具有避免主体之间和障碍物之间的碰撞的多主体系统的分布式编队控制问题。作者提出的解决方案将控制Lyapunov函数（CLF）纳入了分布式模型预测控制方案中，该方案继承了CLF的强大稳定性，并优化了地层性能。对于每个代理，通过CLF制定编队跟踪目标，而将避免碰撞目标明确视为约束。将松弛参数引入CLF条件中，以在两个冲突目标之间进行权衡。终端约束是基于速度障碍的概念构建的，该概念描述了导致碰撞的状态集。他们表明，终端约束与宽松的基于CLF的约束一起保证了几乎在任何预测范围内多智能体系统的递归可行性和稳定性。此外，通过仿真证明了具有多个障碍的多代理形成控制的理论有效性和有利的实施性能。

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来源
《Control Theory & Applications, IET》 |2018年第18期|2569-2577|共9页
作者
Yaohua Guo; Jun Zhou; Yingying Liu;
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作者单位

Northwestern Polytechnical University, People's Republic of China;

Northwestern Polytechnical University, People's Republic of China;

Northwestern Polytechnical University, People's Republic of China;

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收录信息
原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
closed loop systems; collision avoidance; distributed control; Lyapunov methods; mobile robots; multi-agent systems; multi-robot systems; predictive control; stability;

机译：闭环系统;避免碰撞;分散控制;Lyapunov方法;移动机器人;多智能体系统;多机器人系统;预测控制;稳定性;

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