CN104460578A - 一种基于平行控制的智能体定位控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于平行控制的智能体定位控制系统及其控制方法，其系统包括智能体信息采集模块、信息处理模块、WIFI通信模块，上位机虚拟系统，其中上位机虚拟系统中含有通信服务，运动服务，位置信息采集服务。其控制方法：通过虚拟仿真、物理建模等技术，对实验环境和智能体进行三维建模，构建与现实系统相对应的虚拟系统，包括虚拟智能体和虚拟实验环境，并通过WIFI等技术实现现实智能体与虚拟智能体之间的相互通信，通过获取虚拟智能体在虚拟实验环境中的三维坐标信息，通过对应关系获得现实智能体的位置信息，进而实现对现实智能体的控制操作。

Description

一种基于平行控制的智能体定位控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及智能体控制领域，特别涉及一种基于平行控制的智能体定位控制系统及其控制方法。通过虚拟仿真、WIFI通信等技术，利用平行控制的思想完成对智能体进行定位控制。

背景技术

针对复杂系统的研究，中国科学院自动化研究所的王飞跃教授提出了“平行系统”的解决方法，提出平行系统方法的基本思想、概念和运行的基本框架，并讨论了控制系统与平行系统的关系和异同之处。目前，中国科学院自动化研究所已经基本建立了基于人工系统、计算实验和平行执行(Artificial systems,Computational experiments,Parallel execution,ACP)理论的人工交通系统理论体系，并已经进行了几年的具体实施。所谓平行系统是指由某一个自然的实际系统和一个或多个虚拟或理想的人工系统所组成的共同系统。平行系统通过实验系统与人工系统的相互作用，完成对实际系统的管理与控制，对相关行为和决策的实验与评估，对有关人员和系统的学习和培训等等。平行系统的主要目的是通过实际系统与人工系统的相互连接，对二者之间的行为进行对比和分析，完成对各自未来状况的“借鉴”和“预估”，相应地调节各自的管理与控制方式来找到实施有效解决方案以及学习和培训的目的。中国科学院自动化研究所在乙烯生产过程的平行控制与管理系统原型研发中，为茂名石化乙烯裂解车间初步开发出来用于人员培训的平行学习与培训系统，用于生产管理、生产人员和生产方案等方面的平行试验与评估系统，并于2009年6月成功上线。使得平行控制从理论研究到实际应用成为可能。

另外，室内智能体定位，尤其是室内多智能体定位，是多智能体协同控制 系统构建的关键问题之一，也是多智能体协同控制系统构建的难点问题。对于多智能体的协同控制，智能体需要获得的重要信息之一就是自身及其它智能体的位置信息，只有准确地获得每个智能体的位置信息，智能体才能够根据自身任务完成策略算法，从而实现“围”、“追”、“堵”、“劫”以及编队等协调一致性的控制任务。

经过对现有文献的检索，中国专利申请号为：200810043032.4，发明名称为：室内定位方法，该专利申请提出了一种利用可携带电子装置通过室内环境的电子地图，根据室内定位系统传来的定位信号，计算出此可携式电子装置对应于此电子地图上的目前位置，从而找到自己位置的方法。中国专利申请号为：200910089192.7，发明名称为：一种室内定位方法，该方法描述了通过在室内顶部粘贴标识物，并通过物体上的移动摄像头采集该标识信息，进而通过图像处理获得位置信息。但是前者实现起来成本较高，后者容易受到光照等因素的影响，不利于多智能体平台的可持续发展。

至今尚未发现利用平行控制的策略实现对智能体进行定位控制的公开报道。

发明内容

本发明的目的是在搭建基于多智能体的平行控制系统的实验系统的同时，解决智能体的定位问题，为进一步实现在平行控制中智能体的预测控制、多智能体的协同控制等提供支持，提出了利用平行控制的思想实现对智能体定位的控制系统及其控制方法。

本发明是利用虚拟仿真、物理建模等技术，对实验环境和智能体进行三维建模，通过构建与现实系统相对应的虚拟系统，包括虚拟智能体和虚拟实验环境，并通过利用WIFI等技术实现现实智能体与虚拟智能体之间的相互通信，通 过获取虚拟智能体在虚拟实验环境中的三维坐标信息，依据对应关系来获得现实智能体的位置信息，进而实现对现实智能体的控制操作。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于平行控制的智能体定位控制系统，包括智能体信息采集模块、信息处理模块、WIFI通信模块，上位机虚拟系统，其中：所述的智能体信息采集模块是通过传感器实时采集智能体的运动数据，并将所采集的运动数据输入给所述的信息处理模块；所述的信息处理模块对采集的运动数据进行加权和打包处理，然后通过所述的WIFI通信模块将运动数据传输给所述的上位机虚拟系统：所述的上位机虚拟系统包括使用MSRS开发的虚拟实验平台、虚拟智能体、运动服务、位置信息采集服务和通信服务；所述的上位机虚拟系统中的通信服务接收到所述的WIFI通信模块传输运动数据后，首先分解运动数据，根据不同的运动数据调用相应的运动服务，控制虚拟智能体运动，同时通过所述的位置信息采集服务实时采集虚拟智能体在虚拟环境中的位置信息，经加权打包处理后传回至所述的上位机虚拟系统中的通信服务，所述的通信服务通过所述的WIFI通信模块将位置信息传输给所述的信息处理模块，进而根据位置信息对智能体进行相应控制；

所述的智能体信息采集模块，包括一台带有测速码盘和角度传感器以及WIFI通信功能的智能体小车，使用一块ADI blackfin系列的DSP处理器作为智能体小车的核心模块，完成信息的处理功能；

所述的信息处理模块，在其处理器中写入了对信息的过滤、加权、打包成有序数对以及对数据进行分包截取的算法程序，在对信息进行处理的同时，发送控制指令控制智能体运动；

所述的WIFI通信模块，将智能体的运动信息传输到上位机虚拟系统中的通 信服务，同时从该服务中接收回传的位置信息并传输至信息处理模块；

所述的上位机虚拟系统，是通过虚拟仿真、物理建模等技术，使用基于C#语言的Microsoft Robotics Studio机器人开发软件，简称为MSRS软件，对实验环境和智能体进行三维建模，构建与现实系统相对应的虚拟系统，包括虚拟智能体和虚拟实验平台；

所述的通信服务，是在MSRS软件中使用C#语言编写的一个用户接口，供用户填写通信连接信息，建立通信连接和数据处理采用了多线程技术，在上位机虚拟系统模块中负责与现实智能体的通信，在MSRS中，各独立功能模块都是以编译成计算机服务的形式存在的；

所述的运动服务，在上位机虚拟系统中根据运动信息控制虚拟智能体的运动；

所述的位置信息采集服务，在上位机虚拟系统中实时采集虚拟智能体在虚拟实验环境中的三维坐标等信息。

一种基于平行控制的智能体定位控制系统的控制方法，其内容包括以下步骤：

第一步：使用MSRS建立虚拟系统，为了增强视觉性，使用虚拟仿真技术建立三维模型，为了提高精度，对智能体和实验环境进行物理建模，充分考虑实验环境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虚拟实验平台，充分考虑智能体大小、重量、速度、转矩和旋转角度等因素，建立具有对应属性的虚拟智能体，同时为虚拟智能体开发相应的运动服务，开发位置信息采集服务和通信服务；

第二步：经过反复实验对虚拟系统进行物理纠偏，首先经过实验测量出实际智能体的运动偏差量，主要包括直线运动偏差量，旋转角度偏差量，其次测量出现实平台中智能体的最大速度量，综合考虑行驶的距离、时间等因素计算出 智能体的转矩量，将以上所述实验量对应到虚拟智能体中，在虚拟系统中对模型进行再次纠偏，达到虚拟智能体和现实智能体行为上的一致性；

第三步：现实智能体通过信息采集模块，实时采集测速码盘和角度传感器的信息，传输至信息处理模块将两个器件的信息作为一个有序数对按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理；

第四步：通过WIFI通信模块将现实智能体采集的信息传输至上位机虚拟系统中的通信服务；

第五步：通信服务将信息进行分包处理，析取出相应的运动信息，调用相应的运动服务，控制虚拟智能体运动；

第六步：位置信息采集服务，实时获取虚拟智能体在虚拟实验平台中的位置信息，按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理，并经通信服务将位置信息传输至现实智能体；

第七步：现实智能体通过信息处理模块对位置信息进行分包处理，析取出位置信息，进而对现实智能体进行常规控制。

由于采用上述技术方案，与现有的技术相比，本发明的有益效果是：使用了MSRS作为虚拟系统的开发平台，增强了虚拟系统的视觉性，提高了虚拟模型的准确性和真实性；通信服务采用了多线程技术，保障了通信数据传输的实时性和可靠性，同时提升了系统的运行效率；平台的结构设计保证了系统的可扩充性。

附图说明

图1是本发明中控制方法的步骤示意图；

图2是本发明实施例的系统组成方框示意图；

图3是本发明的系统架构示意图；

图4是本发明上位机虚拟系统中通信服务的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的一种基于平行控制的智能体定位控制系统及其控制方法作进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方法和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实例。

实施例

本发明系统中的智能体是以智能体小车的形式出现，一种基于平行控制的智能体定位控制系统，其系统架构示意图如图3所示，本实施例的系统组成方框示意图如图2所示，该系统包括：智能体小车1，上位机虚拟系统7，其中智能体小车1中含有直径2cm的测速码盘2和角度传感器3，信息采集模块4，采用型号为ADIBF537 DSP处理器的信息处理模块5，WIFI通信模块6，上位机虚拟系统7中含有使用MSRS开发的虚拟实验平台8、虚拟智能体9、与之相对应的运动服务10、位置信息采集服务11和通信服务12；其中：智能体小车1通过信息采集模块4实时采集测速码盘2和角度传感器3的信息，传输至信息处理模块5，信息处理模块5将信息采集模块4同一时刻采集的速度和角度信息作为有序数对并按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权；为防止数据丢失做打包处理，并添加信息传输方向标识信息，通过WIFI通信模块6将信息传输至上位机虚拟系统7中的通信服务12，通信服务12根据传输方向标识信息从接收的信息中析取出运动信息，传输至相应的运动服务10，运动服务10根据运动信息控制虚拟智能体9在虚拟实验平台8中运动，同时位置信息采集模块11实时采集虚拟智能体9在虚拟实验平台8中的位置信息，按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权打包处理，并添加信息传输方向标识信息， 通过通信服务12将信息传输至智能体小车1中的WIFI通信模块6，信息处理模块5根据接收的位置数据控制智能体小车1运动。

如图4所示是上位机虚拟系统中通信服务的工作流程图，首先在流程“建立连接”中，进行虚拟系统和现实智能体通信连接，该过程中使用了多线程技术，为多智能体系统预留了连接接口，分别对每个线程进行了监听，流程“是否连接”中，根据监听结果判断是否正常连接，如果满足条件，在流程“数据处理”中对接收的数据进行处理，析取出信息传输方向标识，在流程“数据是否来自现实智能体”中，对方向标识进行判断，如果是从现实智能体传来的信息，则将数据传输至流程“控制虚拟智能体运动”，反之将信息发送到现实智能体的WIFI模块，完成流程“控制现实智能体”的处理，这样通信服务保证了虚拟系统和现实系统之间的相互通信。

所述的基于平行控制的智能体定位控制系统的控制方法，该方法的步骤示意图如图1所示，其内容包括以下步骤：

第一步：使用MSRS建立虚拟系统，为了增强视觉性，使用虚拟仿真技术建立三维模型，为了提高精度，对智能体和实验环境进行物理建模，充分考虑实验环境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虚拟实验平台，充分考虑智能体大小、重量、速度、转矩和旋转角度等因素，建立具有对应属性的虚拟智能体，同时为虚拟智能体开发相应的运动服务，开发位置信息采集服务和通信服务；

第二步：经过反复实验对虚拟系统进行物理纠偏，首先经过实验测量出实际智能体的运动偏差量，主要包括直线运动偏差量，旋转角度偏差量，其次测量出现实平台中智能体的最大速度量，综合考虑行驶的距离、时间等因素计算出智能体的转矩量，将以上所述实验量对应到虚拟智能体中，在虚拟系统中对模型进行再次纠偏，达到虚拟智能体和现实智能体行为上的一致性；

第三步：现实智能体通过信息采集模块，实时采集测速码盘和角度传感器的信息，传输至信息处理模块将两个器件的信息作为一个有序数对按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理；

第四步：通过WIFI通信模块将现实智能体采集的信息传输至上位机虚拟系统中的通信服务；

第五步：通信服务将信息进行分包处理，析取出相应的运动信息，调用相应的运动服务，控制虚拟智能体运动；

第六步：位置信息采集服务，实时获取虚拟智能体在虚拟实验平台中的位置信息，按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理，并经通信服务将位置信息传输至现实智能体；

第七步：现实智能体通过信息处理模块对位置信息进行分包处理，析取出位置信息，进而对现实智能体进行常规控制。

Claims (3)

1.一种基于平行控制的智能体定位控制系统，其特征在于：该系统包括智能体信息采集模块、信息处理模块、WIFI通信模块，上位机虚拟系统，其中：所述的智能体信息采集模块是通过传感器实时采集智能体的运动数据，并将所采集的运动数据输入给所述的信息处理模块；所述的信息处理模块对采集的运动数据进行加权和打包处理，然后通过所述的WIFI通信模块将运动数据传输给所述的上位机虚拟系统：所述的上位机虚拟系统包括使用MSRS开发的虚拟实验平台、虚拟智能体、运动服务、位置信息采集服务和通信服务；所述的上位机虚拟系统中的通信服务接收到所述的WIFI通信模块传输运动数据后，首先分解运动数据，根据不同的运动数据调用相应的运动服务，控制虚拟智能体运动，同时通过所述的位置信息采集服务实时采集虚拟智能体在虚拟环境中的位置信息，经加权打包处理后传回至所述的上位机虚拟系统中的通信服务，所述的通信服务通过所述的WIFI通信模块将位置信息传输给所述的信息处理模块，进而根据位置信息对智能体进行相应控制；

所述的智能体信息采集模块，包括一台带有测速码盘和角度传感器以及WIFI通信功能的智能体小车，使用一块ADI blackfin系列的DSP处理器作为智能体小车的核心模块，完成信息的处理功能；

所述的信息处理模块，在其处理器中写入了对信息的过滤、加权、打包成有序数对以及对数据进行分包截取的算法程序，在对信息进行处理的同时，发送控制指令控制智能体运动；

所述的WIFI通信模块，将智能体的运动信息传输到上位机虚拟系统中的通信服务，同时从该服务中接收回传的位置信息并传输至信息处理模块；

所述的上位机虚拟系统，是通过虚拟仿真、物理建模等技术，使用基于C#语言的Microsoft Robotics Studio机器人开发软件，简称为MSRS软件，对实验环境和智能体进行三维建模，构建与现实系统相对应的虚拟系统，包括虚拟智能体和虚拟实验平台；

所述的通信服务，是在MSRS软件中使用C#语言编写的一个用户接口，供用户填写通信连接信息，建立通信连接和数据处理采用了多线程技术，在上位机虚拟系统模块中负责与现实智能体的通信，在MSRS中，各独立功能模块都是以编译成计算机服务的形式存在的；

所述的运动服务，在上位机虚拟系统中根据运动信息控制虚拟智能体的运动；

所述的位置信息采集服务，在上位机虚拟系统中实时采集虚拟智能体在虚拟实验环境中的三维坐标等信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于平行控制的智能体定位控制系统，其特征在于：所述的上位机虚拟系统中含有使用MSRS开发的虚拟实验平台、虚拟智能体、与之相对应的运动服务、位置信息采集服务和通信服务。

3.根据权利要求1所述的一种基于平行控制的智能体定位控制系统的控制方法，其特征在于：该控制方法内容包括以下步骤：

第一步：使用MSRS建立虚拟系统，为了增强视觉性，使用虚拟仿真技术建立三维模型，为了提高精度，对智能体和实验环境进行物理建模，充分考虑实验环境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虚拟实验平台，充分考虑智能体大小、重量、速度、转矩和旋转角度等因素，建立具有对应属性的虚拟智能体，同时为虚拟智能体开发相应的运动服务，开发位置信息采集服务和通信服务；

第二步：经过反复实验对虚拟系统进行物理纠偏，首先经过实验测量出实际智能体的运动偏差量，主要包括直线运动偏差量，旋转角度偏差量，其次测量出现实平台中智能体的最大速度量，综合考虑行驶的距离、时间等因素计算出智能体的转矩量，将以上所述实验量对应到虚拟智能体中，在虚拟系统中对模型进行再次纠偏，达到虚拟智能体和现实智能体行为上的一致性；

第三步：现实智能体通过信息采集模块，实时采集测速码盘和角度传感器的信息，传输至信息处理模块将两个器件的信息作为一个有序数对按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理；

第四步：通过WIFI通信模块将现实智能体采集的信息传输至上位机虚拟系统中的通信服务；

第五步：通信服务将信息进行分包处理，析取出相应的运动信息，调用相应的运动服务，控制虚拟智能体运动；

第六步：位置信息采集服务，实时获取虚拟智能体在虚拟实验平台中的位置信息，按照虚拟系统和现实系统之间的对应关系进行加权，同时进行打包处理，并经通信服务将位置信息传输至现实智能体；

第七步：现实智能体通过信息处理模块对位置信息进行分包处理，析取出位置信息，进而对现实智能体进行常规控制。