priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-12-1046-1055pribor-440Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGАлгоритмы управления многоагентной формацией при согласованном следовании по маршрутамMulti-agent System Control Algorithms for Coordinated Route MovementФамК. Ф.PhamQ. P.

Куок Фонг Фам — аспирант; кафедра систем автоматического управления

Москва

Quoc Phong Pham — Post-Graduate student; Department of Automatic control systems

Moscow

hvktqs1421996@gmail.comМосковский государственный технический университет им. Н. Э. БауманаBauman Moscow State Technical University202519012026681210461055Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20262026Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/440

Рассматриваются новые подходы к управлению многоагентными системами при согласованном движении по прямолинейным и круговым маршрутам. Динамика каждого агента моделируется с использованием неголономной системы, что позволяет описывать широкий класс мобильных роботов. Цель управления заключается в том, чтобы все агенты следовали по заданным маршрутам, сохраняя требуемую пространственную конфигурацию формации. Разработан алгоритм консенсуса на основе принципа „ведущий–ведомый“, обеспечивающий синхронное движение и устойчивость формации. Кроме того, предложен алгоритм управления, функционирующий без выделенного ведущего и использующий только локальные данные, получаемые от соседних агентов. Для обоих алгоритмов проанализирована устойчивость заданной формации. Работоспособность предложенных алгоритмов подтверждается результатами компьютерного моделирования в среде MatLab.

This paper proposes new methods for multi-agent formation control during coordinated following of straight and circular paths. The dynamics of the agents are described using a nonholonomic model, which is a universal approach suitable for a wide range of robotic platforms. The task of the agents is to follow given straight and circular paths while simultaneously maintaining a desired geometric formation. A formation control algorithm based on the leader–follower strategy is developed, ensuring coordinated agent motion and preservation of the specified formation. In addition, a fully distributed control algorithm is proposed, which does not require a leader and relies solely on local information from neighboring agents. For each algorithm, the stability of the desired formation is analyzed. The effectiveness of the proposed algorithms is validated through numerical simulations in MatLab.

согласованное следование по маршрутамуправление формациейстратегия „ведущий–ведомый”распределенный алгоритм управленияалгоритм консенсусамногоагентная системаcoordinated path followingformation controlleader–follower strategydistributed control algorithmconsensus algorithmmulti-agent systemReferencesOkubo A. Dynamical aspects of animal grouping: swarms, schools, flocks, and herds // Advances in biophysics. 1986. Vol. 22. Р. 1–94.Okubo A. Advances in biophysics, 1986, no. 1(22), pp. 94.Dong W., Farrell J. A. Cooperative control of multiple nonholonomic mobile agents // IEEE Transactions on Automatic Control. 2008. Vol. 53, N 6. Р. 1434–1448.Dong W., Farrell J.A. IEEE Transactions on Automatic Control, 2008, no. 6(53), pp. 1434–1448.Liang K.-Y., Van de Hoef S., Terelius H., Turri V., Besselink B., Martensson J., Johansson K. H. Networked control challenges in collaborative road freight transport // European Journal of Control. 2016. Vol. 30. Р. 2–14.Liang K.-Y., Van de Hoef S., Terelius H., Turri V., Besselink B., Martensson J., Johansson K.H. European Journal of Control, 2016, vol. 30, pp. 2–14.Schenato L., Gamba G. A distributed consensus protocol for clock synchronization in wireless sensor network // Proc. of 46th IEEE Conf. on Decision and Control. 2007. P. 2289–2294.Schenato L., Gamba G. Proceeding of 46th IEEE Conference on Decision and Control, 2007, pp. 2289–2294.Mansouri S. S., Nikolakopoulos G., Gustafsson T. Distributed model predictive control for unmanned aerial vehicles // Workshop on Research, Education and Development of Unmanned Aerial Systems. Cancun, Mexico, 2015. P. 152–161.Mansouri S.S., Nikolakopoulos G., Gustafsson T. Workshop on Research, Education and Development of Unmanned Aerial Systems, Cancun, Mexico, 2015, pp. 152–161.Alrifaee B., Mamaghani M. G., Abel D. Centralized non-convex model predictive control for cooperative collision avoidance of networked vehicles // 2014 IEEE Intern. Symp. on Intelligent Control (ISIC). Juan Les Pins, France, 2014. P. 1583–1588.Alrifaee B., Mamaghani M.G., Abel D. 2014 IEEE International Symposium on Intelligent Control (ISIC), Juan Les Pins, France, 2014, pp. 1583–1588.Муслимов Т. З., Мунасыпов Р. А. Децентрализованное групповое нелинейное управление строем беспилотных летательных аппаратов самолетного типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2020. Т. 21, № 1. С. 43–50.Muslimov T.Z., Munasypov R.A. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2020, no. 1(21), pp. 43–50. (in Russ.)Kanjanawanishkul K., Zell A. Distributed model predictive control for coordinated path following control of omnidirectional mobile robots // 2008 IEEE Intern. Conf. on Systems, Man and Cybernetics. Singapore, 2008. P. 3120–3125.Kanjanawanishkul K., Zell A. 2008 IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, Singapore, 2008, pp. 3120–3125.Scherer J., Yahyanejad S., Hayat S., Yanmaz E., Andre T., Khan A., Vukadinovic V., Bettstetter C., Hellwagner H., Rinner B. An autonomous multi-UAV system for search and rescue // Proc. of the First Workshop on Micro Aerial Vehicle Networks, Systems, and Applications for Civilian Use. Florence, Italy, 18 May 2015. P. 33–38.Scherer J., Yahyanejad S., Hayat S., Yanmaz E., Andre T., Khan A., Vukadinovic V., Bettstetter C., Hellwagner H., Rinner B. Proceedings of the First Workshop on Micro Aerial Vehicle Networks, Systems, and Applications for Civilian Use, Florence, Italy, May 18, 2015, рр. 33–38.Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б., Нгуен Т. К., Фам К. Ф. Планирование маршрутов полета БПЛА в задачах группового патрулирования протяженных территорий // Мехатроника, автоматизация, управление. 2023. Т. 24, № 7. С. 374–381. DOI: 10.17587/mau.24.374-381.Filimonov A.B., Filimonov N.B., Nguyen T.K., Pham Q.P. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2022, no. 5(23), pp. 227–235, DOI: 10.17587/mau.24.374-381. (in Russ.)Liu H. H. T., Zhu B. Formation control of multiple autonomous vehicle systems. Hoboken, NJ: Wiley, 2018. 253 p.Liu H.H.T., Zhu B. Formation control of multiple autonomous vehicle systems, Hoboken, NJ, Wiley, 2018, 253 p.Merino L., Martínez-de Dios J. R., Ollero A. Cooperative Unmanned Aerial Systems for Fire Detection, Monitoring, and Extinguishing // Handbook of Unmanned Aerial Vehicles. Netherlands: Springer, 2015. P. 2693–2722.Merino L., Martínez-de Dios J.R., Ollero A. Handbook of Unmanned Aerial Vehicles, Springer Netherlands, 2015, рр. 2693–2722.Курочкин С. Ю., Тачков А. А. Методы управления групповым движением мобильных роботов (обзор) // Мехатроника, автоматизация, управление. 2021. Т. 22, № 6. С. 304–312. DOI: 10.17587/mau.22.304-312.Kurochkin S.Yu., Tachkov A.A. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2021, no. 6(22), pp. 304–312, DOI: 10.17587/mau.22.304-312. (in Russ.)Oh K.-K., Park M.-Ch., and Ahn H.-S. A survey of multi-agent formation control // Automatica. 2015. Vol. 53. P. 424–440.Oh K.-K., Park M.-Ch., and Ahn H.-S. Automatica, 2015, vol. 53, pp. 424–440.Do Y. T., Hua H. T., Nguen M. T., Nguyen C. V., Nguyen H. T. T., Nguyen H. T., Nguyen N.T. T. Formation Control Algorithms for Multiple-UAVs: A Comprehensive Survey // EAI Endorsed Transactions on Industrial Networks and Intelligent Systems. 2021. Vol. 8, is. 27. Р. e3. DOI: 10.4108/eai.10-6-2021.170230.Do Y.T., Hua H.T., Nguen M.T., Nguyen C.V., Nguyen H.T.T., Nguyen H.T., Nguyen N.T. EAI Endorsed Transactions on Industrial Networks and Intelligent Systems, 2021, no. 8(27), pp. e3, DOI: 10.4108/eai.10-6-2021.170230.Desai J. P., Ostrowski J., Kurmar V. Controlling formations of multiple mobile robots // Proc. of the 1998 IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. 1998. P. 2864–2869.Desai J.P., Ostrowski J., Kurmar V. Proceedings of the 1998 IEEE Intl. Conference on Robotics and Automation, 1998, pp. 2864–2869.Xu T., Liu J., Zhang Z., Chen G., Cui D., Li H. Distributed MPC for Trajectory Tracking and Formation Control of Multi-UAVs With Leader-Follower Structure // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 128762–128773.Xu T., Liu J., Zhang Z., Chen G., Cui D., Li H. IEEE Access, 2023, vol. 11, pp. 128762–128773.Фам К. Ф. Алгоритмы согласованного следования по путям для группы БПЛА // Journal of Advanced Research in Technical Science. 2025. № 47. С. 64–70.Pham Q.P. Journal of Advanced Research in Technical Science, 2025, no. 47, pp. 64–70, https://doi.org/10.26160/2474-5901-2025-47-64-70. (in Russ.)Hung N. T., Pascoal A. M. Cooperative Path Following of Autonomous Vehicles with Model Predictive Control and Event Triggered Communications // IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51, N 20. P. 562–567.Hung N.T., Pascoal A.M. IFAC-PapersOnLine, 2018, no. 20(51), pp. 562–567.Mesbahi M., Egerstedt M. Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks. STU-Student edition, Princeton University Press, 2010. 424 p.Mesbahi M., Egerstedt M. Graph Theoretic Methods in Multiagent Networks. STU-Student edition, Princeton University Press, 2010, 424 p.Биард Р. У., МакЛэйн Т. У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика. М.: Техносфера, 2015. 312 c.Beard R.W., McLain T.W. Small Unmanned Aerial Vehicles: Theory and Practice, Princeton University Press, 2012, 300 р.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.