Distributed velocity control in cooperative multi-agent moving source seeking

• Autorzy: Sahal Mochammad , Agustinah Trihastuti , Jazidie Achmad , Du Haiping

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.08.40

Warianty tytułu

PL

Rozproszona kontrola prędkości w kooperacyjnym, wieloagentowym, ruchomym źródle wyszukiwania

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper uses distributed velocity control to address the agent-based moving source-seeking problem. The source is represented by a scalar field. In cooperative multi-agent seeking, agents communicate with one another using a communication topology to exchange and collect information regarding their positions and the value of the scalar field at any given time. This information is then compiled to create a single overall prediction that is used to locate the moving source that moves in a linear or sinusoidal manner. The velocity at which the agents track the moving source is determined using distributed velocity control that examines two agent velocity types: the gradient velocity and the desired velocity. Formation control is also used to maintain the desired formation of the agents. Finally, a computer simulation is conducted to examine how different agents search for a moving source. In both cases, the agents can find the source at a different seeking time. The results show that the agents under a given desired velocity may perform better than those under gradient velocity for the desired velocity vd > 1.85 m/s and vd > 1.9 m/s for linear and sinusoidal moving sources, respectively.

PL

W tym artykule zastosowano rozproszoną kontrolę prędkości, aby rozwiązać problem wyszukiwania źródła ruchu w oparciu o agenta. Źródło jest reprezentowane przez pole skalarne. W kooperacyjnym poszukiwaniu wielu agentów agenci komunikują się ze sobą za pomocą topologii komunikacji w celu wymiany i gromadzenia informacji dotyczących ich pozycji i wartości pola skalarnego w dowolnym momencie. Informacje te są następnie kompilowane w celu stworzenia jednej ogólnej prognozy, która jest wykorzystywana do zlokalizowania ruchomego źródła, które porusza się w sposób liniowy lub sinusoidalny. Prędkość, z jaką agenci śledzą poruszające się źródło, jest określana za pomocą rozproszonej kontroli prędkości, która bada dwa typy prędkości agenta: prędkość gradientu i prędkość pożądaną. Kontrola tworzenia jest również stosowana do utrzymania pożądanego tworzenia środków. Na koniec przeprowadzana jest symulacja komputerowa w celu zbadania, w jaki sposób różni agenci wyszukują poruszające się źródło. W obu przypadkach agenci mogą znaleźć źródło w innym czasie wyszukiwania. Wyniki pokazują, że czynniki przy danej pożądanej prędkości mogą działać lepiej niż te przy gradientowej prędkości dla pożądanej prędkości vd >1,85 m/s i vd >1,9 m/s odpowiednio dla źródeł ruchu liniowego i sinusoidalnego.

Słowa kluczowe

EN

distributed velocity control; cooperative multi-agent moving source seeking; gradient velocity

PL

rozproszona kontrola prędkości; kooperacyjne wieloagentowe wyszukiwanie źródła ruchu; prędkość gradientu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 8
• Strony: 224--230
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sahal Mochammad

• Electrical Engineering Department, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Gedung B, C dan AJ, Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-7943-8261

autor

Agustinah Trihastuti

• Electrical Engineering Department, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Gedung B, C dan AJ, Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0001-9328-5110

autor

Jazidie Achmad

• Electrical Engineering Department, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Gedung B, C dan AJ, Kampus ITS, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-1912-4113

autor

Du Haiping

• School of Electrical, Computer and Telecommunications Engineering, University of Wollongong, Northfields Ave Wollongong NSW 2522 Australia

• https://orcid.org/0000-0002-3439-3821

Bibliografia

• [1] A. S. Matveev, H. Teimoori, and A. v. Savkin, “Navigation of a unicycle-like mobile robot for environmental extremum seeking,” Automatica, vol. 47, no. 1, pp. 85–91, Jan. 2011, doi: 10.1016/j.automatica.2010.10.003.
• [2] R. Bachmayer and N. E. Leonard, “Vehicle networks for gradient descent in a sampled environment,” in Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, 2002. doi: 10.1109/cdc.2002.1184477.
• [3] J. Cochran and M. Krstic, “Nonholonomic source seeking with tuning of angular velocity,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 54, no. 4, pp. 717–731, 2009, doi: 10.1109/TAC.2009.2014927.
• [4] J. Cochran, A. Siranosian, N. Ghods, and M. Krstic, “3-D source seeking for underactuated vehicles without position measurement,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 25, no. 1, pp. 117–129, 2009, doi: 10.1109/TRO.2008.2008742.
• [5] J. Cortés, “Achieving coordination tasks in finite time via nonsmooth gradient flows,” in Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference, CDC-ECC ’05, 2005. doi: 10.1109/CDC.2005.1583184.
• [6] N. Ghods and M. Krstic, “Multi-agent deployment around a source in one dimension by extremum seeking,” in Proceedings of the 2010 American Control Conference, ACC 2010, 2010. doi: 10.1109/acc.2010.5531113.
• [7] P. Ogren, E. Fiorelli, and N. E. Leonard, “Cooperative Control of Mobile Sensor Networks: Adaptive Gradient Climbing in a Distributed Environment,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 49, no. 8, pp. 1292–1302, Aug. 2004, doi: 10.1109/TAC.2004.832203.
• [8] C. Zhang, D. Arnold, N. Ghods, A. Siranosian, and M. Krstic, “Source seeking with non-holonomic unicycle without position measurement and with tuning of forward velocity,” Syst Control Lett, vol. 56, no. 3, 2007, doi: 10.1016/j.sysconle.2006.10.014.
• [9] S. I. Azuma, M. S. Sakar, and G. J. Pappas, “Stochastic source seeking by mobile robots,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 57, no. 9, pp. 2308–2321, 2012, doi: 10.1109/TAC.2012.2186927.
• [10] R. Fabbiano, C. C. de Wit, and F. Garin, “Distributed Source Localisation with no Position Information,” in 2014 European Control Conference, ECC 2014, 2014. doi: 10.1109/ECC.2014.6862562.
• [11] E. Rolf, D. Fridovich-Keil, M. Simchowitz, B. Recht, and C. Tomlin, “A Successive-Elimination Approach to Adaptive Robotic Source Seeking,” IEEE Transactions on Robotics, vol. 37, no. 1, 2021, doi: 10.1109/TRO.2020.3005537.
• [12] F. Zhang and N. E. Leonard, “Cooperative filters and control for cooperative exploration,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 55, no. 3, 2010, doi: 10.1109/TAC.2009.2039240.
• [13] E. Biyik and M. Arcak, “Gradient climbing in formation via extremum seeking and passivity-based coordination rules,” in Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, 2007. doi: 10.1109/CDC.2007.4434735.
• [14] L. Briñón-Arranz, A. Seuret, and C. Canudas-De-Wit, “Collaborative estimation of gradient direction by a formation of AUVs under communication constraints,” in Proceedings of the IEEE Conference on Decision and Control, 2011. doi: 10.1109/CDC.2011.6160776.
• [15] S. Al-Abri, W. Wu, and F. Zhang, “A Gradient-Free Three-Dimensional Source Seeking Strategy With Robustness Analysis,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 64, no. 8, 2019, doi: 10.1109/TAC.2018.2882172.
• [16] J. A. Fax and R. M. Murray, “Information flow and cooperative control of vehicle formations,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 49, no. 9, 2004, doi: 10.1109/TAC.2004.834433.
• [17] F. Borrelli and T. Keviczky, “Distributed LQR design for identical dynamically decoupled systems,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 53, no. 8, 2008, doi: 10.1109/TAC.2008.925826.
• [18] P. Massioni and M. Verhaegen, “Distributed control for identical dynamically coupled systems: A decomposition approach,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 54, no. 1, 2009, doi: 10.1109/TAC.2008.2009574.
• [19] A. P. Popov and H. Werner, “A robust control approach to formation control,” in 2009 European Control Conference, ECC 2009, 2014. doi: 10.23919/ecc.2009.7075097.
• [20] R. Olfati-Saber and R. M. Murray, “Consensus problems in networks of agents with switching topology and time-delays,” IEEE Trans Automat Contr, vol. 49, no. 9, 2004, doi: 10.1109/TAC.2004.834113.
• [21] M. Sahal, T. Agustinah, and A. Jazidie, “Switching Formation and Topology in Cooperative Multi-Agent Source Seeking Using Gradient Estimation,” in Proceeding - 2019 International Conference of Artificial Intelligence and Information Technology, ICAIIT 2019, 2019. doi: 10.1109/ICAIIT.2019.8834525.
• [22] F. Mehdifar, C. P. Bechlioulis, F. Hashemzadeh, and M. Baradarannia, “Prescribed performance distance-based formation control of Multi-Agent Systems,” Automatica, vol. 119, 2020, doi: 10.1016/j.automatica.2020.109086.
• [23] R. Sikorski, “Flexible multi-agent system for mobile robot group control,” Przeglad Elektrotechniczny, vol. 95, no. 12, 2019, doi: 10.15199/48.2019.12.57.
• [24] M. Sahal, “Comparison of Gradient Estimation in Cooperative Multi-Agent Source Seeking,” JAREE (Journal on Advanced Research in Electrical Engineering), vol. 1, no. 2, 2017, doi: 10.12962/j25796216.v1.i2.21.
• [25] E. Rosero and H. Werner, “Cooperative source seeking via gradient estimation and formation control (Part 1),” in 2014 UKACC International Conference on Control, CONTROL 2014 - Proceedings, 2014. doi: 10.1109/CONTROL.2014.6915212.
• [26] R. Olfati-Saber and J. S. Shamma, “Consensus filters for sensor networks and distributed sensor fusion,” in Proceedings of the 44th IEEE Conference on Decision and Control, and the European Control Conference, CDC-ECC ’05, 2005. doi: 10.1109/CDC.2005.1583238.