A modular synthesis approach for the coordination of systems with multiple agents2

Abstract

Nesta tese, nós tratamos do problema de coordenar múltiplos agentes para realizar uma tarefa global. Esse problema consiste em um conjunto de agentes divididos em times de agentes homogêneos. Esses agentes interagem entre si para completar, de forma autônoma, uma tarefa global comum, que pode ser representada por um conjunto de etapas finitas. Para realizar a tarefa global, os agentes estão sujeitos a um conjunto de especificações de controle local. Para coordenar as ações dos agentes, cada agente possui seu próprio controlador local (supervisor). Devido ao fato de que os agentes de uma equipe são exatamente os mesmos tanto em hardware quanto em software de controle, o comportamento em malha aberta de qualquer agente de um time pode ser representado por um template, bem como suas especificações de controle local. A nossa abordagem baseia-se na Teoria de Controle Supervisório e deriva condições suficientes que nos permitem sintetizar para cada time um template de supervisor local a partir dos templates associados ao time e ao modelo de tarefa global de tal forma que, quando este template de supervisor é instanciado para os agentes do time, a tarefa global pode ser concluída pela ação conjunta de todos os agentes do sistema. Nossas condições suficientes também garantem que um conjunto de supervisores templates calculado não precise ser recalculado ou reconfigurado sempre que agentes forem adicionados ou removidos dos times. Um exemplo de construção robótica 3D é fornecido para ilustrar nossa abordagem.

Abstract: In this thesis, we deal with the problem of coordinating multiple agents to accomplish a global task. This problem consists of a set of agents divided into teams of homogeneous agents. These agents interact with each other to autonomously complete a common global task, which can be depicted by a set of finite steps. To carry out the global task, the agents are subject to a set of local control specifications. To coordinate the actions of the agents, each agent has its own local controller (supervisor). Due to the fact that agents in a team are exactly the same both in hardware and control software, the open-loop behavior of any agent in a team can be represented by a template, as well as its local control specifications. Our approach is based on the Supervisory Control Theory and it derives sufficient conditions that allow us to synthesize for each team a local supervisor template from templates associated with the team and the global task model in such a way that, when this supervisor template is instantiated for the agents in the team, the global task can be completed by the coordinated action of all agents in the system. Our sufficient conditions also guarantee that a computed set of supervisor templates does not need to be recomputed or reconfigured whenever agents are added or removed from teams. An example of 3D robotic construction is provided to illustrate our approach.