Aula 18 Comunicação, Cooperação e Coordenação

Transcrição

1 Portfolio MEEC 1 Aula 18 Comunicação, Cooperação e Coordenação Objectivos Introdução ao conceito de Coordenação. Exemplo baseado na comunicação através do Bluetooth entre dois robots NXT..

2 Portfolio MEEC 2 Coordenação Vários agentes interagem por forma a atingir um objectivo comum. Agentes: Pessoas Organizações Robots Aeronaves Sistemas de energia eléctrica Canais de distribuição de água

3 Portfolio MEEC 3 Um exemplo de Comunicação, Coordenação e Cooperação: Dança. A Swing Station é a primeira escola em Portugal de Danças Vintage Americanas (Lindy Hop, Vintage Jazz, Balboa, Blues), fundada pela americana Abeth Farag, em Portugal desde

4 Portfolio MEEC 4 Coordenação e comunicação Control agent 1 Control agent 2 Control agent N s C 1 C 2... C Ns u 1 y 1 u 2 y 2 u Ns y 2 Subsystem 1 Subsystem 2... Subsystem N s Plant

5 Portfolio MEEC 5 Comunicação entre dois NXT A comunicação é feita através do Bluetooth (sistema/protocolo de comunicação sem fios para distâncias até 10m; pouco fiável). NXT 0 NXT 1 Caixa do correio 1 a 4 Caixa do correio 1 a 4 Caixa do correio 1 a 4 NXT 3 Caixa do correio 1 a 4 NXT 2

6 Portfolio MEEC 6 NXT 0 Programa para enviar NXT 1 Programa para receber

7 Portfolio MEEC 7 Mr. Fred NXT and Ms. Ginger Lego Fred dança um pouco, pára e diz a Ginger para dançar. Ginger dança um pouco, pára e diz a Fred para dançar. Esta sequência repete-se 6 vezes. NXT 0 Fred NXT 1 Ginger

8 Portfolio MEEC 8 Coordenação entre os controladores de trechos de um canal de água y 1 M1 M2 u 1 u 2 u 3 u 4 M3 M4 y 2 y 3 y 4 Q o Pool 1 G1 Pool 2 G2 Pool 3 G3 Pool 4 G4 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 4 pools, each of about 45m long 90 L/s nominal flow Water fed by gravity

9 Portfolio MEEC 9 Será que funcionam sem coordenação? PI 1 PI 2 PI 3 Constant y 1 M1 u 1 u2 u 3 u4 M2 M3 y 2 y3 y4 M4 Q o Pool 1 G1 Pool 2 G2 Pool 3 G3 Pool 4 G4 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Não funciona!

10 Portfolio MEEC 10 Coordenação entre os controladores locais C 1 C 2 C 3 C 4 y 1 M1 M2 M3 u 1 u 2 u 3 u 4 M4 y 2 y 3 y 4 Q o Pool 1 G1 Pool 2 G2 Pool 3 G3 Pool 4 G4 Q 1 Q 2 Q 3 Q 4 Os controladores locais negoceiam entre si, através de um sistema de comunicação as decisões que cada um toma sobre a abertura das comportas.

11 J 4 [mm] J 3 [mm] J 2 [mm] J 1 [mm] Portfolio MEEC 11 Resultado com coordenação Gate Gate Gate Gate

12 Portfolio MEEC 12 Optimização Multiobjectivo Partial Cost functions J 1, J 2 Obter o mínimo global de um custo feito pela soma de custos locais: J( u1, u2) J1( u1, u2) J2( u1, u2) u u 1

13 Portfolio MEEC O custo global Pareto curve and global cost J u u 1

14 Portfolio MEEC 14 Function to optimize u 1 J 1 v 1 u 2 J 2 u 1 Agent 1 Agent 2 u 2 Optimização distribuída J=J 1 +J 2 min J (, ) (, ) 1 u1 u2 J2 u1 u2 u1, u2 v 2 Replicate the independent variables for each agent. Agent 1 minimizes J 1( u1, v2) where v2 is a replica of u 2. Agent 2 minimizes J 2( v1, u2) where v1 is a replica of u 1. A mechanism to reconcile v 1 with u 1 and v 2 with u 2 is needed.

15 Portfolio MEEC 15 Distributed optimization: Convergence to the Nash equilibrium of alternating variable minimization u Convergence to Nash equilibrium Iterate the steps: 1) Optimize J u, ) with respect 1( 1 u2 to u 1, keeping u 2 constant; 2) Optimize J 2( u1, u2) with respect to u 2, keeping u 1 constant u 1

16 Portfolio MEEC 16 O equilíbrio de Nash

17 Portfolio MEEC 17 Optimização dual 10 Pareto curve and global cost J u u 1 Para perceberem esta vão ter de estudar um bocado.

18 Portfolio MEEC 18 Tolerância a falhas: Reconfiguração CA1 CA2 CA4 CA5 CA1 CA2 CA4 CA5 CA3 CA3 S2 S4 S2 S4 S1 S5 S1 S5 S3 S3

19 Portfolio MEEC 19 Exemplo: Reconfiguração em resposta ao bloqueio da comporta 2

20 Portfolio MEEC 20

21 Portfolio MEEC 21 Conclusão Múltiplos agentes negoceiam entre si para agirem de forma coordenada, cooperando para atingirem um objectivo comum. A negociação é feita através de um canal de comunicação. É o sistema de comunicações que permite que eles negoceiem. Nos casos mais sofisticados, a negociação é formulada como um jogo, jogado pelos diversos agentes, em que es jogadas são calculadas através de um problema de optimização.

22 Portfolio MEEC 22 Exercício Aula 15 (Grupo) Proponha um projecto com o NXT em que dois ou mais (no máximo 4) robots trocam informação para executar uma tarefa cooperando uns com os outros.