基于分层自主决策和DQN的自适应牧羊控制方法

作     者：赵江 杨智 池沛 王英勋 ZHAO Jiang;YANG Zhi;CHI Pei;WANG Ying-xun

作者机构：北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学无人系统研究院北京100191 

出 版 物：《控制与决策》 (Control and Decision)

年 卷 期：2025年第40卷第5期

页      面：1523-1532页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：牧羊控制 无人机 分层自主决策 深度Q网络 自适应 路径规划 

摘      要：牧羊控制方法逐渐被应用于机场鸟群驱离、无人机放牧、空地协同监视和引导等大规模集群运动协调问题.以牧羊无人机为例,提出基于分层自主决策和深度Q网络(DQN)的自适应牧羊控制方法.首先,考虑离群个体活跃度衰减等因素,建立牧羊控制问题的感知和运动模型;然后,针对个体滞留和离群问题,提出基于全局质心的弧形轨迹(GCM-Arc)控制方法和避障策略,提升羊群受控个体占比;最后,建立分层自主决策模型,结合GCM-Arc控制方法与深度Q网络,提出分层GCM-Arc控制方法,以实现控制模式自适应切换和参数自适应调整.数字仿真实验表明,所提出方法在牧羊任务时间、无人机总路程、羊群平均半径、单体离群率和牧羊任务成功率方面,明显优于经典的两种牧羊控制方法.