面向海洋应用多智能体系统的控制屏障函数组合方法

在海洋环境中运行的多智能体系统（MAS）内的智能体通常需要协调利用任务载荷并避免碰撞，这要求遵守一组相对位姿约束，其中可能包括视场、视线、避碰和距离约束。为参考跟踪设计的名义控制器可能无法保证海洋 MAS 相对于这些约束保持安全。为了将名义输入修改为强制执行安全的输入，我们引入了一个框架，将相对位姿约束系统地编码为非光滑控制屏障函数（NCBF），并使用布尔组合将它们组合为单个 NCBF，与单独使用 NCBF 相比，这实现了简化的验证过程。虽然其他相对位姿约束函数具有显式导数，但具有挑战性的视线约束是用视线集与其他智能体之间的最小距离函数编码的，其导数不是显式的。因此，考虑复合 NCBF 的现有安全控制设计方法无法应用。为了应对这一挑战，我们提出了一种基于最小距离问题对偶的新颖二次规划公式，并发展了一种新理论以确保所得控制输入保证约束满足。最后，我们在模拟的大规模海洋 MAS 和一个由一艘无人水面艇和两艘无人水下航行器组成的真实世界海洋 MAS 上验证了所提出框架的有效性。