一类非匹配非线性多智能体系统的分布式一致性控制

来源 :燕山大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:liu1513
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近年来,受生物学和人类社会学研究的启发,对多智能体系统领域的研究越来越受到人们的关注。与单个系统相比,多智能体系统能够通过相互间传递与分享状态信息来共同合作完成单个系统无法完成的复杂任务,因而具有广泛的应用价值。目前,针对多智能体系统一致性控制的研究大多集中在被控对象的动力学特性由一阶或高阶积分器描述的线性系统和简单非线性系统上。事实上,大量实际系统的动力学模型是由复杂的非线性方程刻画的,如柔性机械臂以及航天器等。然而目前对于具有复杂结构的非线性多智能体系统的研究尚不成熟,尤其是综合考虑复杂网络环境,执行器及通信能量受限,系统快速收敛性等问题时,其研究就变得更加困难。鉴于这些不足,本文研究了一类具有非匹配非线性结构的多智能体系统的分布式一致性控制问题。主要研究工作如下:首先,针对具有非匹配非线性结构的二阶多智能体系统,考虑系统中存在模型参数未知情形,研究了分布式一致性控制器的设计问题。通过引入自适应控制,设计了控制参数不依赖于通信拓扑矩阵特征值的完全分布式一致性控制器,使得非线性多智能体系统达到领导跟随一致性。基于Lyapunov稳定性理论和自适应控制理论分析了所设计控制器的有效性。其次,针对具有下三角结构的高阶非线性多智能体系统,考虑实际中对多智能体系统快速达到一致性的要求,设计了有限时间一致性控制器,使得高阶非线性多智能体系统能在有限时间内达到领导跟随一致性。基于反步控制,设计每一步的虚拟变量和虚拟控制器,保证逐步处理系统中的非匹配非线性,并利用拓扑矩阵特性设计了Lyapunov函数,保证了所设计控制器的分布式。然后,针对具有下三角结构的高阶随机非线性多智能体系统,考虑系统中状态不可测情形,研究了分布式一致性控制器的设计。基于动态输出控制方法设计了仅依赖于系统输出信息的一致性控制器,使得多智能体系统达到1th随机领导跟随一致性。提出的控制器设计方法不仅能够有效的减少高阶智能体间的信息传输量,节约通信带宽,而且比传统的反步控制方法更简单实用。进一步的,考虑实际应用中,每个系统仅配备能量有限的微处理器和传感器情形,针对具有下三角结构的高阶非线性多智能体系统,设计了基于事件触发机制的一致性控制器和事件触发策略。通过将动态输出控制和事件触发控制相结合,保证了系统控制信号的更新只在某个重要事件发生时进行,并且设计的控制器仅依赖于邻居智能体在触发时刻的输出信息,不仅节约了系统的通信能量消耗还减少了控制器的触发频率。最后,针对更一般的具有下三角结构的高阶非线性多智能体系统,研究了其在执行器能量受限情形下的领导跟随一致性控制问题。基于动态输出控制,保证了设计的控制器仅依赖于邻居智能体的输出信息。基于事件触发控制,保证了系统控制信号的更新只在某个重要事件发生时进行。最后,基于Lyapunov稳定性理论和饱和控制理论,给出了系统达到指数领导跟随一致性的充分条件及其条件下的最大吸引域求解方法。
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