输入饱和多智能体系统鲁棒及输出反馈一致性研究

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多智能体系统一致性问题作为分布式协同控制最基础且最重要的问题之一,受到了不同领域学者的广泛关注。一致性的相关理论被广泛应用于工业实践和网络科学领域,例如:多卫星姿态控制,多无人机编队控制,交通网络,社交网络等。另一方面,由于物理条件的约束,输入饱和现象在实际工程应用中十分常见。若不针对输入饱和现象采取合适的控制策略,往往会引起系统控制性能降低,甚至导致系统失稳,造成严重后果。因此,对输入饱和多智能体系统一致性控制的研究不仅具有理论价值,对工程应用也有重大意义。但是,目前对输入饱和多智能体系统一致性控制的研究还不够完善。本文以低增益反馈为核心工具,结合滑模控制,事件触发控制,鲁棒控制等方法,研究了输入饱和多智能体的半全局鲁棒一致性,半全局输出反馈一致性以及半全局输出一致性等问题;探究了输入饱和多智能体系统一致性问题在多种通信拓扑,动力学方程以及各种约束下的拓展。论文的主要成果有:研究了执行器位置限制与速度扰动多智能体系统的半全局领导者-跟随者一致性。每个跟随者智能体的动力学方程都被描述为一个带有执行器位置限制以及速度扰动的一般线性系统。本文将低增益反馈控制方法与积分滑模控制方法结合设计了离散与连续两种控制器,同时克服了系统执行器位置饱和限制以及在速度上的未知有界扰动带来的影响,证明了系统能够达到半全局一致。研究了输入饱和异质多智能体系统的半全局全分布式事件触发输出一致性。针对有一个领导者的输入饱和异质多智能体系统设计了自适应事件触发控制器。首先,本文通过引入自适应控制策略实现了控制器设计过程独立于全局信息,设计了全分布式一致性控制器。其次,通过建立对邻居真实状态的估计,实现了控制器的自触发,克服了传统一致性控制器需要连续通信监测邻居智能体状态的问题。证明了系统可以达到半全局输出一致。接着进一步讨论了一种更一般的情况,即与领导者直接相连的智能体不能获得完整的领导者输出信息。针对这种情况,本文引入分布式观测技术,设计了基于分布式观测的全分布式事件触发控制器,证明了系统可以达到半全局输出一致。对于这两种控制器,还证明了在控制过程中不会出现Zeno现象。研究了一般有向图上的输入饱和多智能体系统的半全局全分布式事件触发输出反馈一致性。为了克服有向图带来的理论分析上的困难,需要设计一种结构特殊的自适应参数,这使得输出反馈问题变得更加复杂。因此本文首先针对一般线性多智能体系统设计了全分布式事件触发输出反馈控制器使系统达到全局一致,在此基础上再针对输入饱和多智能体系统设计了全分布式事件触发输出控制器,通过设计高增益观测器来克服特殊的自适应参数带来的理论困难,最终证明了系统可以达到半全局一致。对于这两种控制器,同样证明了在控制过程中不会出现Zeno现象。研究了一般有向图上的输入饱和不确定多智能体系统的半全局鲁棒输出反馈一致性。针对输入饱和不确定多智能体系统,设计了只需要智能体相对输出信息,并且无控制器信息交互的新型输出反馈控制器。通过理论分析,创新性地在小增益引理的框架下证明了低增益反馈控制的有效性,进而证明了系统可以达到半全局一致。研究了一般有向图上的离散输入饱和不确定多智能体系统的半全局鲁棒输出反馈一致性。由于连续系统的新型输出反馈控制器设计方法并不能直接用于离散系统,本文针对离散的输入饱和多智能体系统设计了无需控制器信息交换的离散输出反馈控制器,通过技巧性的参数设计,克服了从连续系统拓展到离散系统理论分析上的困难,证明了系统可以达到半全局一致。
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