基于分層遞階控制的智能機(jī)群技術(shù)分析

李寶霞，尹彬

（山重建機(jī)有限公司，山東 臨沂 276024）

詳細(xì)分析分層遞階控制技術(shù)與智能化機(jī)群，對智能控制系統(tǒng)分層遞階結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，關(guān)注分層遞階與智能體的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)二者之間有效的結(jié)合。分層遞階控制的層次具有多樣性，并與機(jī)群的功能層進(jìn)行有機(jī)的對應(yīng)。加強(qiáng)人與機(jī)械之間的協(xié)同與發(fā)展，注重發(fā)揮人機(jī)協(xié)作的優(yōu)勢，使之適應(yīng)機(jī)群系統(tǒng)運(yùn)行的需要。

1 分層遞階控制技術(shù)與智能化機(jī)群

1.1 分層遞階控制技術(shù)

分層遞階控制旨在實(shí)現(xiàn)智能功能，將規(guī)劃以及決策等有效地結(jié)合在一起，最終實(shí)現(xiàn)智能控制。從分層遞階智能控制系統(tǒng)角度進(jìn)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(diǎn)，以人的知識系統(tǒng)為出發(fā)點(diǎn)，將規(guī)劃以及決策結(jié)合在一起；對下層的控制精度以及智能程度進(jìn)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(dǎo)地位的功能組件充當(dāng)、由運(yùn)籌學(xué)占主導(dǎo)地位的功能組件充當(dāng)、由控制理論占主導(dǎo)地位的功能組件充當(dāng)。對分層遞階智能控制的結(jié)構(gòu)以及控制原理進(jìn)行研究，第一，組織級。以人工智能為基礎(chǔ)，以任務(wù)規(guī)劃作為核心，及時收集外部命令或者任務(wù)，結(jié)合任務(wù)的具體情況逐層劃分為子任務(wù)，并與協(xié)調(diào)級保持聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)子任務(wù)的傳達(dá)。任務(wù)的完成主要由執(zhí)行級完成，在將執(zhí)行的結(jié)果進(jìn)行反饋的前期需要做好任務(wù)的評價。第二，協(xié)調(diào)級。及時獲取組織級的命令，并對其進(jìn)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(shí)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(fù)責(zé)完成協(xié)調(diào)級所發(fā)送的指令任務(wù)，與功能協(xié)調(diào)器保持聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)反饋任務(wù)的傳輸。

1.2 智能化機(jī)群

智能化機(jī)群從機(jī)器人方面進(jìn)行分析，將多個機(jī)器人結(jié)合在一起，為了激發(fā)完成任務(wù)的潛能，將合作機(jī)器人有效地應(yīng)用其中。多機(jī)械人系統(tǒng)的任務(wù)領(lǐng)域較為廣泛，且工作效率更高，在具體應(yīng)用的過程中，所需要的經(jīng)濟(jì)成本較低，具有分布式的感知與作用。對開發(fā)多機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行研究，在實(shí)際操作的環(huán)節(jié)中，結(jié)合不同任務(wù)環(huán)境的動態(tài)變化情況，在處理任務(wù)的過程中，實(shí)現(xiàn)自動化的規(guī)劃，處理任務(wù)的效率較高。從工程機(jī)械方面進(jìn)行分析，隨著城市化進(jìn)程的逐漸加快，公路施工規(guī)模逐漸增加，在該領(lǐng)域中，機(jī)群智能化已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，將壓路機(jī)以及拌合機(jī)整合在一起，針對配置不合理的現(xiàn)象借助機(jī)群智能化進(jìn)行有效的解決，而且將智能機(jī)群應(yīng)用在工程項(xiàng)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(jī)群智能化中的應(yīng)用研究

2.1 智能機(jī)群中的智能體

一方面，從人機(jī)共棲智能體角度進(jìn)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(yīng)器的組成方式，前者主要有機(jī)器傳感器以及人的感覺器官，后者主要包括各種機(jī)器馬達(dá)和人的器官。人的獲取信息的過程中，與機(jī)器智能決策模塊進(jìn)行連接，借助人機(jī)接口的形式進(jìn)行傳輸。掌握智能體的決策模塊，將人機(jī)協(xié)調(diào)模塊結(jié)合在一起，分為智能體決策以及人腦決策，隨即驅(qū)動效應(yīng)器，最終實(shí)現(xiàn)了人機(jī)一體化。另一方面，從人機(jī)決策智能體角度進(jìn)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(shí)現(xiàn)，此時，將不同環(huán)境信息的類型進(jìn)行分類處理，分別對應(yīng)各自的處理模塊。與反應(yīng)模塊進(jìn)行連接，對感知到的信息進(jìn)行分析，并與行動模塊相連接，實(shí)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(jī)智能體的實(shí)現(xiàn)方案

對人機(jī)智能體的實(shí)施方案進(jìn)行了解，主要包括反應(yīng)模塊、規(guī)劃模塊、建模模塊、決策模塊、通信模塊、人機(jī)交互模塊。反應(yīng)模塊，在做出行為的過程中，主要以感知的信息為基礎(chǔ)；規(guī)劃模塊將對中短期行為作出規(guī)劃為重點(diǎn)，智能體在執(zhí)行動作的過程中，以動作序列為基準(zhǔn)；建模模塊的功能較為顯著，一方面，從智能體建立的現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行分析，建模模塊可以對其記性定期的維護(hù)與更新；另一方面，是實(shí)現(xiàn)對行動所作出的預(yù)測，以當(dāng)前感知的信息為基礎(chǔ)；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(jìn)行連接的過程中實(shí)現(xiàn)信息的請求，將沖突檢查作為重點(diǎn)；通信模塊實(shí)現(xiàn)信息的交換，在此環(huán)節(jié)中，要加強(qiáng)各智能體之間的聯(lián)系，智能體之間在協(xié)商的過程中結(jié)合通信語言的具體情況，完成語言信息的交換；人機(jī)交互模塊實(shí)現(xiàn)信息的雙向流動，機(jī)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(jī)群的層次施工組織結(jié)構(gòu)

以施工組織結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行研究，將智能機(jī)群有效地應(yīng)用其中，結(jié)合施工機(jī)群的實(shí)際特點(diǎn)將機(jī)群系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行分析，涉及智能化壓路機(jī)以及拌合機(jī)等。時刻關(guān)注自身的運(yùn)行狀態(tài)，并對其進(jìn)行自動化的控制，并與上層智能體進(jìn)行連接，接受控制。對該系統(tǒng)的中央控制智能體進(jìn)行分析，為了提供決策支持，將知識庫系統(tǒng)應(yīng)用其中，對施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行勘察，收集現(xiàn)場各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，保證工程現(xiàn)場的有序運(yùn)行。該智能體的優(yōu)勢較為顯著，在任務(wù)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(jī)來實(shí)現(xiàn)，與裝卸機(jī)組進(jìn)行聯(lián)系，指揮完成裝卸任務(wù)，在混合料輸送的過程中，發(fā)揮混合料運(yùn)輸智能體的優(yōu)勢，在拌合機(jī)與攤鋪機(jī)進(jìn)行混合料傳輸時指揮自卸車組來進(jìn)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(jī)組取得聯(lián)系，指揮完成。

2.4 智能機(jī)群中分層遞階智能控制技術(shù)

結(jié)合組織層、執(zhí)行層以及施工層的實(shí)際情況，注重加強(qiáng)施工過程中信息的交流，優(yōu)化施工體系。結(jié)合分層遞階控制的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)組織級以及協(xié)調(diào)級的有效劃分，在對智能機(jī)群施工層次結(jié)構(gòu)進(jìn)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(rèn)上，主要以單機(jī)智能體為核心。在對智能機(jī)群中分層遞階智能控制技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，要充分結(jié)合各施工層的實(shí)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(yīng)，施工執(zhí)行層與協(xié)調(diào)層相對應(yīng)，施工層與執(zhí)行層相對應(yīng)。結(jié)合施工機(jī)群的具體情況，將分層遞階智能控制系統(tǒng)有效地應(yīng)用其中，需要結(jié)合施工現(xiàn)場的具體情況，構(gòu)建完善的分布式智能系統(tǒng)，以此保證施工有層次地進(jìn)行。組織層主要與管理層相對應(yīng)，關(guān)注智能體的實(shí)際情況，將人機(jī)決策智能體應(yīng)用其中，完成推理決策，且在實(shí)際施工的過程中，借助具備較強(qiáng)認(rèn)知功能的優(yōu)勢可以準(zhǔn)確地作出決策，主要在智能機(jī)群中的頂層發(fā)揮作用。調(diào)節(jié)層主要與組織層相對應(yīng)，掌握施工過程全過程，將人機(jī)決策智能體應(yīng)用其中對施工進(jìn)行協(xié)調(diào)，并與組織層以及執(zhí)行層進(jìn)行聯(lián)系。執(zhí)行層與施工層相對應(yīng)，關(guān)注施工現(xiàn)場的具體情況，以人機(jī)執(zhí)行智能體的方式作出反應(yīng)。

2.5 機(jī)群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)計

機(jī)群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)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(jié)合施工管理的實(shí)際情況，收集施工任務(wù)，并對其進(jìn)行集中的規(guī)劃以及調(diào)度。并與智能協(xié)調(diào)級進(jìn)行連接，開展一系列的監(jiān)督以及指導(dǎo)。組織級智能體的優(yōu)勢較為顯著，與操作人員進(jìn)行互動，對智能協(xié)調(diào)接存在的不足進(jìn)行修改，以生產(chǎn)目標(biāo)為發(fā)展的核心，旨在提升智能控制系統(tǒng)的品質(zhì)。

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(jìn)行監(jiān)控的過程中，主要以在線實(shí)時監(jiān)測為主。協(xié)調(diào)級優(yōu)勢較為顯著，關(guān)注執(zhí)行級的執(zhí)行過程，并對其進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，保證任務(wù)的順利進(jìn)行。協(xié)調(diào)級智能體的反應(yīng)能力較好，能夠準(zhǔn)確地識別施工現(xiàn)場存在的突發(fā)事件，并進(jìn)行及時的應(yīng)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(jìn)行控制的過程中，將相關(guān)的速度、位移點(diǎn)等被控對象進(jìn)行整合。在應(yīng)用執(zhí)行級的過程中，要將過程數(shù)學(xué)模型應(yīng)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(jìn)行。多傳感器信息融合處理將感知器以及知識庫等模塊結(jié)合在一起，獲取外界信息，隨即完成任務(wù)。其中，目標(biāo)模塊主要負(fù)責(zé)對完成的任務(wù)進(jìn)行記載，在傳遞信息以及表達(dá)信息的過程中，則通過通信機(jī)制來實(shí)現(xiàn)的。多傳感器信息融合處理可以實(shí)時地了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及參數(shù)信息，關(guān)注當(dāng)前施工的過程狀態(tài)，借助該智能體可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的診斷以及識別，應(yīng)用效果較好。

3 結(jié)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(jī)群智能化中的應(yīng)用方式具有多樣性，在具體應(yīng)用的過程中，掌握智能機(jī)群中的智能體的模式，了解人機(jī)智能體的實(shí)施方案，詳細(xì)分析智能機(jī)群中分層遞階智能控制技術(shù)的應(yīng)用方式，加強(qiáng)機(jī)群遞階智能控制系統(tǒng)設(shè)計，以此提升工程機(jī)械機(jī)群智能化研究水平。