分層遞階控制下的智能機群技術

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摘要：基礎設施建設規(guī)模逐漸增加，工程機械智能化機群的應用是提升工程機械技術水平的關鍵，已經(jīng)得到了社會各界的廣泛關注。本文將圍繞分層遞階控制技術與智能化機群進行闡述，詳細分析基于分層遞階控制的智能機群技術的應用方式，堅持實事求是的基本原則，旨在為以后研究工作的順利進行奠定基礎。

關鍵詞：分層遞階控制；智能機群技術；組織結構；控制技術

詳細分析分層遞階控制技術與智能化機群，對智能控制系統(tǒng)分層遞階結構進行研究，關注分層遞階與智能體的實際情況，實現(xiàn)二者之間有效的結合。分層遞階控制的層次具有多樣性，并與機群的功能層進行有機的對應。加強人與機械之間的協(xié)同與發(fā)展，注重發(fā)揮人機協(xié)作的優(yōu)勢，使之適應機群系統(tǒng)運行的需要。

1分層遞階控制技術與智能化機群

1.1分層遞階控制技術

分層遞階控制旨在實現(xiàn)智能功能，將規(guī)劃以及決策等有效地結合在一起，最終實現(xiàn)智能控制。從分層遞階智能控制系統(tǒng)角度進行分析，主要涉及組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級以及對象，可以分為上層與下層，前者將對知識的處理作為重點，以人的知識系統(tǒng)為出發(fā)點，將規(guī)劃以及決策結合在一起；對下層的控制精度以及智能程度進行了解，前者呈現(xiàn)出由上至下遞階增加，而后者相反。其中，組織層、協(xié)調(diào)層、執(zhí)行層分別由人工智能占主導地位的功能組件充當、由運籌學占主導地位的功能組件充當、由控制理論占主導地位的功能組件充當。對分層遞階智能控制的結構以及控制原理進行研究，第一，組織級。以人工智能為基礎，以任務規(guī)劃作為核心，及時收集外部命令或者任務，結合任務的具體情況逐層劃分為子任務，并與協(xié)調(diào)級保持聯(lián)系，實現(xiàn)子任務的傳達。任務的完成主要由執(zhí)行級完成，在將執(zhí)行的結果進行反饋的前期需要做好任務的評價。第二，協(xié)調(diào)級。及時獲取組織級的命令，并對其進行處理，最終以產(chǎn)生具體工作序列的形式展現(xiàn)。協(xié)調(diào)級內(nèi)部協(xié)調(diào)器的數(shù)量較多，為實現(xiàn)通信提供了支撐。第三，執(zhí)行級。執(zhí)行級執(zhí)行裝置主要負責完成協(xié)調(diào)級所發(fā)送的指令任務，與功能協(xié)調(diào)器保持聯(lián)系，實現(xiàn)反饋任務的傳輸。

1.2智能化機群

智能化機群從機器人方面進行分析，將多個機器人結合在一起，為了激發(fā)完成任務的潛能，將合作機器人有效地應用其中。多機械人系統(tǒng)的任務領域較為廣泛，且工作效率更高，在具體應用的過程中，所需要的經(jīng)濟成本較低，具有分布式的感知與作用。對開發(fā)多機器人系統(tǒng)進行研究，在實際操作的環(huán)節(jié)中，結合不同任務環(huán)境的動態(tài)變化情況，在處理任務的過程中，實現(xiàn)自動化的規(guī)劃，處理任務的效率較高。從工程機械方面進行分析，隨著城市化進程的逐漸加快，公路施工規(guī)模逐漸增加，在該領域中，機群智能化已經(jīng)被廣泛地應用，將壓路機以及拌合機整合在一起，針對配置不合理的現(xiàn)象借助機群智能化進行有效的解決，而且將智能機群應用在工程項目中，可以有效地減少人力、物力以及財力資源的消耗。

2基于智能體的分層遞階智能控制在機群智能化中的應用研究

2.1智能機群中的智能體

一方面，從人機共棲智能體角度進行分析。將感知層、決策層以及執(zhí)行層整合在一起。了解傳感器以及效應器的組成方式，前者主要有機器傳感器以及人的感覺器官，后者主要包括各種機器馬達和人的器官。人的獲取信息的過程中，與機器智能決策模塊進行連接，借助人機接口的形式進行傳輸。掌握智能體的決策模塊，將人機協(xié)調(diào)模塊結合在一起，分為智能體決策以及人腦決策，隨即驅動效應器，最終實現(xiàn)了人機一體化。另一方面，從人機決策智能體角度進行分析。該智能體涉及的模塊較多，將感知、建模以及通信整合在一起。在顯示信息的過程中，借助感知模塊以及人的感覺器官來實現(xiàn)，此時，將不同環(huán)境信息的類型進行分類處理，分別對應各自的處理模塊。與反應模塊進行連接，對感知到的信息進行分析，并與行動模塊相連接，實現(xiàn)動作命令的傳輸。此時，動作模塊在做出動作時，主要是通過傳入的動作命令來操作的。

2.2人機智能體的實現(xiàn)方案

對人機智能體的實施方案進行了解，主要包括反應模塊、規(guī)劃模塊、建模模塊、決策模塊、通信模塊、人機交互模塊。反應模塊，在做出行為的過程中，主要以感知的信息為基礎；規(guī)劃模塊將對中短期行為作出規(guī)劃為重點，智能體在執(zhí)行動作的過程中，以動作序列為基準；建模模塊的功能較為顯著，一方面，從智能體建立的現(xiàn)實世界進行分析，建模模塊可以對其記性定期的維護與更新；另一方面，是實現(xiàn)對行動所作出的預測，以當前感知的信息為基礎；決策模塊可以起到協(xié)調(diào)的作用，將各個模塊有效地整合在一起，在與通信模塊進行連接的過程中實現(xiàn)信息的請求，將沖突檢查作為重點；通信模塊實現(xiàn)信息的交換，在此環(huán)節(jié)中，要加強各智能體之間的聯(lián)系，智能體之間在協(xié)商的過程中結合通信語言的具體情況，完成語言信息的交換；人機交互模塊實現(xiàn)信息的雙向流動，機器智能體育操作員相互合作，為操作員做決策提供理論依據(jù)。

2.3機群的層次施工組織結構

以施工組織結構為例進行研究，將智能機群有效地應用其中，結合施工機群的實際特點將機群系統(tǒng)進行分類，主要包括管理層、執(zhí)行層以及施工層。對該系統(tǒng)中智能體的執(zhí)行智能體進行分析，涉及智能化壓路機以及拌合機等。時刻關注自身的運行狀態(tài)，并對其進行自動化的控制，并與上層智能體進行連接，接受控制。對該系統(tǒng)的中央控制智能體進行分析，為了提供決策支持，將知識庫系統(tǒng)應用其中，對施工現(xiàn)場的實際情況進行勘察，收集現(xiàn)場各項數(shù)據(jù)信息，保證工程現(xiàn)場的有序運行。該智能體的優(yōu)勢較為顯著，在任務分配的過程中，通過工程指揮的決策來完成的。例如,在混合料拌和的環(huán)節(jié)中，借助智能體指揮拌合機來實現(xiàn)，與裝卸機組進行聯(lián)系，指揮完成裝卸任務，在混合料輸送的過程中，發(fā)揮混合料運輸智能體的優(yōu)勢，在拌合機與攤鋪機進行混合料傳輸時指揮自卸車組來進行，隨即開展路面的攤鋪工作，借助混合料攤鋪智能體的作用，對各攤鋪機組取得聯(lián)系，指揮完成。

2.4智能機群中分層遞階智能控制技術

結合組織層、執(zhí)行層以及施工層的實際情況，注重加強施工過程中信息的交流，優(yōu)化施工體系。結合分層遞階控制的運行狀態(tài)，實現(xiàn)組織級以及協(xié)調(diào)級的有效劃分，在對智能機群施工層次結構進行對比的環(huán)節(jié)中，可以發(fā)現(xiàn)二者之間呈現(xiàn)出一致性，在執(zhí)行級的確認上，主要以單機智能體為核心。在對智能機群中分層遞階智能控制技術進行研究的過程中，要充分結合各施工層的實際情況，其中，施工管理層主要與分層遞階智能控制系統(tǒng)中的組織層相對應，施工執(zhí)行層與協(xié)調(diào)層相對應，施工層與執(zhí)行層相對應。結合施工機群的具體情況，將分層遞階智能控制系統(tǒng)有效地應用其中，需要結合施工現(xiàn)場的具體情況，構建完善的分布式智能系統(tǒng)，以此保證施工有層次地進行。組織層主要與管理層相對應，關注智能體的實際情況，將人機決策智能體應用其中，完成推理決策，且在實際施工的過程中，借助具備較強認知功能的優(yōu)勢可以準確地作出決策，主要在智能機群中的頂層發(fā)揮作用。調(diào)節(jié)層主要與組織層相對應，掌握施工過程全過程，將人機決策智能體應用其中對施工進行協(xié)調(diào)，并與組織層以及執(zhí)行層進行聯(lián)系。執(zhí)行層與施工層相對應，關注施工現(xiàn)場的具體情況，以人機執(zhí)行智能體的方式作出反應。

2.5機群遞階智能控制系統(tǒng)設計

機群遞階智能控制系統(tǒng)設計主要包括組織級、協(xié)調(diào)級、執(zhí)行級、多傳感器信息融合處理等幾種形式。組織級智能體結合施工管理的實際情況，收集施工任務，并對其進行集中的規(guī)劃以及調(diào)度。并與智能協(xié)調(diào)級進行連接，開展一系列的監(jiān)督以及指導。組織級智能體的優(yōu)勢較為顯著，與操作人員進行互動，對智能協(xié)調(diào)接存在的不足進行修改，以生產(chǎn)目標為發(fā)展的核心，旨在提升智能控制系統(tǒng)的品質。協(xié)調(diào)級智能體在收集反饋信息的過程中，與組織級保持聯(lián)系，在對施工執(zhí)行級進行監(jiān)控的過程中，主要以在線實時監(jiān)測為主。協(xié)調(diào)級優(yōu)勢較為顯著，關注執(zhí)行級的執(zhí)行過程，并對其進行有效的協(xié)調(diào)，保證任務的順利進行。協(xié)調(diào)級智能體的反應能力較好，能夠準確地識別施工現(xiàn)場存在的突發(fā)事件，并進行及時的應對。執(zhí)行級智能體需要掌握施工各環(huán)節(jié)的具體情況，在對施工現(xiàn)場進行控制的過程中，將相關的速度、位移點等被控對象進行整合。在應用執(zhí)行級的過程中，要將過程數(shù)學模型應用其中，及時接受協(xié)調(diào)級發(fā)出的指令信息，整合控制問題，保證工程的有序進行。多傳感器信息融合處理將感知器以及知識庫等模塊結合在一起，獲取外界信息，隨即完成任務。其中，目標模塊主要負責對完成的任務進行記載，在傳遞信息以及表達信息的過程中，則通過通信機制來實現(xiàn)的。多傳感器信息融合處理可以實時地了解設備的運行狀態(tài)以及參數(shù)信息，關注當前施工的過程狀態(tài)，借助該智能體可以實現(xiàn)設備故障的診斷以及識別，應用效果較好。

3結語

經(jīng)過上述分析可知，基于智能體的分層遞階智能控制在機群智能化中的應用方式具有多樣性，在具體應用的過程中，掌握智能機群中的智能體的模式，了解人機智能體的實施方案，詳細分析智能機群中分層遞階智能控制技術的應用方式，加強機群遞階智能控制系統(tǒng)設計，以此提升工程機械機群智能化研究水平。

參考文獻：

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[3]陳俐均.溫室生產(chǎn)分層遞階控制系統(tǒng)設計方法研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學，2018.

作者：李寶霞 尹彬 單位：山重建機有限公司