A Multilayer Graph for Multiagent Formation and Trajectory Tracking Control Based on MPC Algorithm

弹道 计算机科学 模型预测控制 图形 控制理论(社会学) 跟踪(教育) 避障 多智能体系统 算法 控制(管理) 人工智能 移动机器人 理论计算机科学 机器人 心理学 教育学 物理 天文
作者
Zhenhua Pan,Zhongqi Sun,Hongbin Deng,Dongfang Li
出处
期刊:IEEE transactions on cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:52 (12): 13586-13597 被引量:46
标识
DOI:10.1109/tcyb.2021.3119330
摘要

This article studies the formation and trajectory tracking control of multiagent systems. We present a novel multilayer graph for the multiagent system to enable extensibility of the interaction network. Based on the multilayer graph, a formation control law by using the potential function approach is developed for autonomous formation, formation maintenance, collision, and obstacle avoidance. When the desired formation is achieved, the barycentric of the formation shape is viewed as a virtual leader, and a model predictive control (MPC) scheme is applied to the virtual leader for tracking a reference trajectory; meanwhile, the agents will maintain the desired angles and distances via the formation control law. By applying the proposed schemes, the tasks of formation maintenance and trajectory tracking in a constrained space are fulfilled. Comprehensive simulation studies under different environmental constraints and trajectories confirm the effectiveness of the proposed approaches in addressing the formation and trajectory tracking problems.
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