一種基于平行控制的智能體定位控制系統及其控制方法
【專利摘要】一種基于平行控制的智能體定位控制系統及其控制方法，其系統包括智能體信息采集模塊、信息處理模塊、WIFI通信模塊，上位機虛擬系統，其中上位機虛擬系統中含有通信服務，運動服務，位置信息采集服務。其控制方法：通過虛擬仿真、物理建模等技術，對實驗環境和智能體進行三維建模，構建與現實系統相對應的虛擬系統，包括虛擬智能體和虛擬實驗環境，并通過WIFI等技術實現現實智能體與虛擬智能體之間的相互通信，通過獲取虛擬智能體在虛擬實驗環境中的三維坐標信息，通過對應關系獲得現實智能體的位置信息，進而實現對現實智能體的控制操作。
【專利說明】一種基于平行控制的智能體定位控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及智能體控制領域，特別涉及一種基于平行控制的智能體定位控制系統及其控制方法。通過虛擬仿真、WIFI通信等技術，利用平行控制的思想完成對智能體進行定位控制。
【背景技術】
[0002]針對復雜系統的研宄，中國科學院自動化研宄所的王飛躍教授提出了 “平行系統”的解決方法，提出平行系統方法的基本思想、概念和運行的基本框架，并討論了控制系統與平行系統的關系和異同之處。目前，中國科學院自動化研宄所已經基本建立了基于人工系統、計算實驗和平行執行(Artificial systems, Computat1nal experiments, Parallelexecut1n, ACP)理論的人工交通系統理論體系，并已經進行了幾年的具體實施。所謂平行系統是指由某一個自然的實際系統和一個或多個虛擬或理想的人工系統所組成的共同系統。平行系統通過實驗系統與人工系統的相互作用，完成對實際系統的管理與控制，對相關行為和決策的實驗與評估，對有關人員和系統的學習和培訓等等。平行系統的主要目的是通過實際系統與人工系統的相互連接，對二者之間的行為進行對比和分析，完成對各自未來狀況的“借鑒”和“預估”，相應地調節各自的管理與控制方式來找到實施有效解決方案以及學習和培訓的目的。中國科學院自動化研宄所在乙烯生產過程的平行控制與管理系統原型研發中，為茂名石化乙烯裂解車間初步開發出來用于人員培訓的平行學習與培訓系統，用于生產管理、生產人員和生產方案等方面的平行試驗與評估系統，并于2009年6月成功上線。使得平行控制從理論研宄到實際應用成為可能。
[0003]另外，室內智能體定位，尤其是室內多智能體定位，是多智能體協同控制系統構建的關鍵問題之一，也是多智能體協同控制系統構建的難點問題。對于多智能體的協同控制，智能體需要獲得的重要信息之一就是自身及其它智能體的位置信息，只有準確地獲得每個智能體的位置信息，智能體才能夠根據自身任務完成策略算法，從而實現“圍”、“追”、“堵”、“劫”以及編隊等協調一致性的控制任務。
[0004]經過對現有文獻的檢索，中國專利申請號為:200810043032.4，發明名稱為:室內定位方法，該專利申請提出了一種利用可攜帶電子裝置通過室內環境的電子地圖，根據室內定位系統傳來的定位信號，計算出此可攜式電子裝置對應于此電子地圖上的目前位置，從而找到自己位置的方法。中國專利申請號為:200910089192.7，發明名稱為:一種室內定位方法，該方法描述了通過在室內頂部粘貼標識物，并通過物體上的移動攝像頭采集該標識信息，進而通過圖像處理獲得位置信息。但是前者實現起來成本較高，后者容易受到光照等因素的影響，不利于多智能體平臺的可持續發展。
[0005]至今尚未發現利用平行控制的策略實現對智能體進行定位控制的公開報道。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在搭建基于多智能體的平行控制系統的實驗系統的同時，解決智能體的定位問題，為進一步實現在平行控制中智能體的預測控制、多智能體的協同控制等提供支持，提出了利用平行控制的思想實現對智能體定位的控制系統及其控制方法。
[0007]本發明是利用虛擬仿真、物理建模等技術，對實驗環境和智能體進行三維建模，通過構建與現實系統相對應的虛擬系統，包括虛擬智能體和虛擬實驗環境，并通過利用WIFI等技術實現現實智能體與虛擬智能體之間的相互通信，通過獲取虛擬智能體在虛擬實驗環境中的三維坐標信息，依據對應關系來獲得現實智能體的位置信息，進而實現對現實智能體的控制操作。
[0008]為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的:
[0009]一種基于平行控制的智能體定位控制系統，包括智能體信息采集模塊、信息處理模塊、WIFI通信模塊，上位機虛擬系統，其中:所述的智能體信息采集模塊是通過傳感器實時采集智能體的運動數據，并將所采集的運動數據輸入給所述的信息處理模塊；所述的信息處理模塊對采集的運動數據進行加權和打包處理，然后通過所述的WIFI通信模塊將運動數據傳輸給所述的上位機虛擬系統:所述的上位機虛擬系統包括使用MSRS開發的虛擬實驗平臺、虛擬智能體、運動服務、位置信息采集服務和通信服務；所述的上位機虛擬系統中的通信服務接收到所述的WIFI通信模塊傳輸運動數據后，首先分解運動數據，根據不同的運動數據調用相應的運動服務，控制虛擬智能體運動，同時通過所述的位置信息采集服務實時采集虛擬智能體在虛擬環境中的位置信息，經加權打包處理后傳回至所述的上位機虛擬系統中的通信服務，所述的通信服務通過所述的WIFI通信模塊將位置信息傳輸給所述的信息處理模塊，進而根據位置信息對智能體進行相應控制；
[0010]所述的智能體信息采集模塊，包括一臺帶有測速碼盤和角度傳感器以及WIFI通信功能的智能體小車，使用一塊ADI blackfin系列的DSP處理器作為智能體小車的核心模塊，完成信息的處理功能；
[0011]所述的信息處理模塊，在其處理器中寫入了對信息的過濾、加權、打包成有序數對以及對數據進行分包截取的算法程序，在對信息進行處理的同時，發送控制指令控制智能體運動；
[0012]所述的WIFI通信模塊，將智能體的運動信息傳輸到上位機虛擬系統中的通信服務，同時從該服務中接收回傳的位置信息并傳輸至信息處理模塊；
[0013]所述的上位機虛擬系統，是通過虛擬仿真、物理建模等技術，使用基于C#語言的Microsoft Robotics Stud1機器人開發軟件，簡稱為MSRS軟件，對實驗環境和智能體進行三維建模，構建與現實系統相對應的虛擬系統，包括虛擬智能體和虛擬實驗平臺；
[0014]所述的通信服務，是在MSRS軟件中使用C#語言編寫的一個用戶接口，供用戶填寫通信連接信息，建立通信連接和數據處理采用了多線程技術，在上位機虛擬系統模塊中負責與現實智能體的通信，在MSRS中，各獨立功能模塊都是以編譯成計算機服務的形式存在的；
[0015]所述的運動服務，在上位機虛擬系統中根據運動信息控制虛擬智能體的運動；
[0016]所述的位置信息采集服務，在上位機虛擬系統中實時采集虛擬智能體在虛擬實驗環境中的三維坐標等信息。
[0017]一種基于平行控制的智能體定位控制系統的控制方法，其內容包括以下步驟:
[0018]第一步:使用MSRS建立虛擬系統，為了增強視覺性，使用虛擬仿真技術建立三維模型，為了提高精度，對智能體和實驗環境進行物理建模，充分考慮實驗環境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虛擬實驗平臺，充分考慮智能體大小、重量、速度、轉矩和旋轉角度等因素，建立具有對應屬性的虛擬智能體，同時為虛擬智能體開發相應的運動服務，開發位置?目息米集服務和通?目服務；
[0019]第二步:經過反復實驗對虛擬系統進行物理糾偏，首先經過實驗測量出實際智能體的運動偏差量，主要包括直線運動偏差量，旋轉角度偏差量，其次測量出現實平臺中智能體的最大速度量，綜合考慮行駛的距離、時間等因素計算出智能體的轉矩量，將以上所述實驗量對應到虛擬智能體中，在虛擬系統中對模型進行再次糾偏，達到虛擬智能體和現實智能體行為上的一致性；
[0020]第三步:現實智能體通過信息采集模塊，實時采集測速碼盤和角度傳感器的信息，傳輸至信息處理模塊將兩個器件的信息作為一個有序數對按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理；
[0021]第四步:通過WIFI通信模塊將現實智能體采集的信息傳輸至上位機虛擬系統中的通信服務；
[0022]第五步:通信服務將信息進行分包處理，析取出相應的運動信息，調用相應的運動服務，控制虛擬智能體運動；
[0023]第六步:位置信息采集服務，實時獲取虛擬智能體在虛擬實驗平臺中的位置信息，按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理，并經通信服務將位置信息傳輸至現實智能體；
[0024]第七步:現實智能體通過信息處理模塊對位置信息進行分包處理，析取出位置信息，進而對現實智能體進行常規控制。
[0025]由于采用上述技術方案，與現有的技術相比，本發明的有益效果是:使用了 MSRS作為虛擬系統的開發平臺，增強了虛擬系統的視覺性，提高了虛擬模型的準確性和真實性；通信服務采用了多線程技術，保障了通信數據傳輸的實時性和可靠性，同時提升了系統的運行效率；平臺的結構設計保證了系統的可擴充性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明中控制方法的步驟示意圖；
[0027]圖2是本發明實施例的系統組成方框示意圖；
[0028]圖3是本發明的系統架構示意圖；
[0029]圖4是本發明上位機虛擬系統中通信服務的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0030]以下結合附圖對本發明的一種基于平行控制的智能體定位控制系統及其控制方法作進一步描述:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方法和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述實例。
[0031]實施例
[0032]本發明系統中的智能體是以智能體小車的形式出現，一種基于平行控制的智能體定位控制系統，其系統架構示意圖如圖3所示，本實施例的系統組成方框示意圖如圖2所示，該系統包括:智能體小車1，上位機虛擬系統7，其中智能體小車I中含有直徑2cm的測速碼盤2和角度傳感器3，信息采集模塊4，采用型號為ADIBF537 DSP處理器的信息處理模塊5，WIFI通信模塊6，上位機虛擬系統7中含有使用MSRS開發的虛擬實驗平臺8、虛擬智能體9、與之相對應的運動服務10、位置信息采集服務11和通信服務12 ;其中:智能體小車I通過信息采集模塊4實時采集測速碼盤2和角度傳感器3的信息，傳輸至信息處理模塊5，信息處理模塊5將信息采集模塊4同一時刻采集的速度和角度信息作為有序數對并按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權；為防止數據丟失做打包處理，并添加信息傳輸方向標識信息，通過WIFI通信模塊6將信息傳輸至上位機虛擬系統7中的通信服務12，通信服務12根據傳輸方向標識信息從接收的信息中析取出運動信息，傳輸至相應的運動服務10，運動服務10根據運動信息控制虛擬智能體9在虛擬實驗平臺8中運動，同時位置信息采集模塊11實時采集虛擬智能體9在虛擬實驗平臺8中的位置信息，按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權打包處理，并添加信息傳輸方向標識信息，通過通信服務12將信息傳輸至智能體小車I中的WIFI通信模塊6，信息處理模塊5根據接收的位置數據控制智能體小車I運動。
[0033]如圖4所示是上位機虛擬系統中通信服務的工作流程圖，首先在流程“建立連接”中，進行虛擬系統和現實智能體通信連接，該過程中使用了多線程技術，為多智能體系統預留了連接接口，分別對每個線程進行了監聽，流程“是否連接”中，根據監聽結果判斷是否正常連接，如果滿足條件，在流程“數據處理”中對接收的數據進行處理，析取出信息傳輸方向標識，在流程“數據是否來自現實智能體”中，對方向標識進行判斷，如果是從現實智能體傳來的信息，則將數據傳輸至流程“控制虛擬智能體運動”，反之將信息發送到現實智能體的WIFI模塊，完成流程“控制現實智能體”的處理，這樣通信服務保證了虛擬系統和現實系統之間的相互通信。
[0034]所述的基于平行控制的智能體定位控制系統的控制方法，該方法的步驟示意圖如圖1所示，其內容包括以下步驟:
[0035]第一步:使用MSRS建立虛擬系統，為了增強視覺性，使用虛擬仿真技術建立三維模型，為了提高精度，對智能體和實驗環境進行物理建模，充分考慮實驗環境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虛擬實驗平臺，充分考慮智能體大小、重量、速度、轉矩和旋轉角度等因素，建立具有對應屬性的虛擬智能體，同時為虛擬智能體開發相應的運動服務，開發位置?目息米集服務和通?目服務；
[0036]第二步:經過反復實驗對虛擬系統進行物理糾偏，首先經過實驗測量出實際智能體的運動偏差量，主要包括直線運動偏差量，旋轉角度偏差量，其次測量出現實平臺中智能體的最大速度量，綜合考慮行駛的距離、時間等因素計算出智能體的轉矩量，將以上所述實驗量對應到虛擬智能體中，在虛擬系統中對模型進行再次糾偏，達到虛擬智能體和現實智能體行為上的一致性；
[0037]第三步:現實智能體通過信息采集模塊，實時采集測速碼盤和角度傳感器的信息，傳輸至信息處理模塊將兩個器件的信息作為一個有序數對按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理；
[0038]第四步:通過WIFI通信模塊將現實智能體采集的信息傳輸至上位機虛擬系統中的通信服務；
[0039]第五步:通信服務將信息進行分包處理，析取出相應的運動信息，調用相應的運動服務，控制虛擬智能體運動；
[0040]第六步:位置信息采集服務，實時獲取虛擬智能體在虛擬實驗平臺中的位置信息，按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理，并經通信服務將位置信息傳輸至現實智能體；
[0041]第七步:現實智能體通過信息處理模塊對位置信息進行分包處理，析取出位置信息，進而對現實智能體進行常規控制。
【權利要求】
1.一種基于平行控制的智能體定位控制系統，其特征在于:該系統包括智能體信息采集模塊、信息處理模塊、11？1通信模塊，上位機虛擬系統，其中:所述的智能體信息采集模塊是通過傳感器實時采集智能體的運動數據，并將所采集的運動數據輸入給所述的信息處理模塊；所述的信息處理模塊對采集的運動數據進行加權和打包處理，然后通過所述的11？1通信模塊將運動數據傳輸給所述的上位機虛擬系統:所述的上位機虛擬系統包括使用13“開發的虛擬實驗平臺、虛擬智能體、運動服務、位置信息采集服務和通信服務；所述的上位機虛擬系統中的通信服務接收到所述的通信模塊傳輸運動數據后，首先分解運動數據，根據不同的運動數據調用相應的運動服務，控制虛擬智能體運動，同時通過所述的位置信息采集服務實時采集虛擬智能體在虛擬環境中的位置信息，經加權打包處理后傳回至所述的上位機虛擬系統中的通信服務，所述的通信服務通過所述的11？1通信模塊將位置信息傳輸給所述的信息處理模塊，進而根據位置信息對智能體進行相應控制； 所述的智能體信息采集模塊，包括一臺帶有測速碼盤和角度傳感器以及通信功能的智能體小車，使用一塊八01 13180^111系列的03？處理器作為智能體小車的核心模塊，完成信息的處理功能； 所述的信息處理模塊，在其處理器中寫入了對信息的過濾、加權、打包成有序數對以及對數據進行分包截取的算法程序，在對信息進行處理的同時，發送控制指令控制智能體運動； 所述的通信模塊，將智能體的運動信息傳輸到上位機虛擬系統中的通信服務，同時從該服務中接收回傳的位置信息并傳輸至信息處理模塊； 所述的上位機虛擬系統，是通過虛擬仿真、物理建模等技術，使用基于巧語言的1101-080^1: 1？01301:108 31:11(110機器人開發軟件，簡稱為軟件，對實驗環境和智能體進行三維建模，構建與現實系統相對應的虛擬系統，包括虛擬智能體和虛擬實驗平臺； 所述的通信服務，是在1部3軟件中使用語言編寫的一個用戶接口，供用戶填寫通信連接信息，建立通信連接和數據處理采用了多線程技術，在上位機虛擬系統模塊中負責與現實智能體的通信，在13舊中，各獨立功能模塊都是以編譯成計算機服務的形式存在的；所述的運動服務，在上位機虛擬系統中根據運動信息控制虛擬智能體的運動； 所述的位置信息采集服務，在上位機虛擬系統中實時采集虛擬智能體在虛擬實驗環境中的三維坐標等信息。
2.根據權利要求1所述的一種基于平行控制的智能體定位控制系統，其特征在于:所述的上位機虛擬系統中含有使用131^開發的虛擬實驗平臺、虛擬智能體、與之相對應的運動服務、位置信息采集服務和通信服務。
3.根據權利要求1所述的一種基于平行控制的智能體定位控制系統的控制方法，其特征在于:該控制方法內容包括以下步驟: 第一步:使用1部3建立虛擬系統，為了增強視覺性，使用虛擬仿真技術建立三維模型，為了提高精度，對智能體和實驗環境進行物理建模，充分考慮實驗環境大小和摩擦力等因素，建立等比例的虛擬實驗平臺，充分考慮智能體大小、重量、速度、轉矩和旋轉角度等因素，建立具有對應屬性的虛擬智能體，同時為虛擬智能體開發相應的運動服務，開發位置信息采集服務和通信服務； 第二步:經過反復實驗對虛擬系統進行物理糾偏，首先經過實驗測量出實際智能體的運動偏差量，主要包括直線運動偏差量，旋轉角度偏差量，其次測量出現實平臺中智能體的最大速度量，綜合考慮行駛的距離、時間等因素計算出智能體的轉矩量，將以上所述實驗量對應到虛擬智能體中，在虛擬系統中對模型進行再次糾偏，達到虛擬智能體和現實智能體行為上的一致性； 第三步:現實智能體通過信息采集模塊，實時采集測速碼盤和角度傳感器的信息，傳輸至信息處理模塊將兩個器件的信息作為一個有序數對按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理； 第四步:通過WIFI通信模塊將現實智能體采集的信息傳輸至上位機虛擬系統中的通信服務； 第五步:通信服務將信息進行分包處理，析取出相應的運動信息，調用相應的運動服務，控制虛擬智能體運動； 第六步:位置信息采集服務，實時獲取虛擬智能體在虛擬實驗平臺中的位置信息，按照虛擬系統和現實系統之間的對應關系進行加權，同時進行打包處理，并經通信服務將位置信息傳輸至現實智能體； 第七步:現實智能體通過信息處理模塊對位置信息進行分包處理，析取出位置信息，進而對現實智能體進行常規控制。
【文檔編號】G05B19/418GK104460578SQ201410480322
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月19日 優先權日:2014年9月19日
【發明者】羅小元, 武康康, 賈雪偉, 關新平 申請人:燕山大學