混杂多智能体系统的包围控制

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近年来,多智能体系统的协调控制受到了各界学者的广泛关注,包围控制作为协调控制包含的一个基本问题,旨在通过设计有效的包围控制协议并利用分布式网络信息,驱动跟随者渐近地进入领导者张成的凸包内。在对包围控制问题的探究中,智能体的动力学模型一直颇受关注,最常见的包括一阶、二阶、连续时间、离散时间等。计算机科学和机器人技术的不断发展为连续个体和离散个体之间的交互提供了条件。因此,本文针对由连续时间动力学智能体和离散时间动力学智能体构成的混杂多智能体系统的包围控制问题进行了研究,主要研究内容包括:1.研究了两类由一阶动力学构成的混杂多智能体系统的包围控制问题。当跟随者具有一阶连续时间动力学、领导者具有一阶离散时间动力学时,通过分析跟随者和领导者之间的交互方式,设计了三类有效的分布式协议,采用Gers(?)orin圆盘定理、稳定性理论等分析工具,给出了解决包围控制的充要条件。当跟随者具有一阶离散时间动力学、领导者具有一阶连续时间动力学时,设计了一类有效的分布式协议,并给出了系统实现包围控制的充要判据。最后,通过仿真算例验证了协议的有效性。2.研究了两类由二阶动力学和一阶动力学构成的混杂多智能体系统的包围控制问题。当跟随者具有二阶连续时间动力学、领导者具有一阶离散时间动力学时,提出了三类带有绝对速度信息的分布式协议,对于前两类协议,通过系统转换方法将具有不同动力学的智能体全部转化为一阶离散时间动力学智能体,从而得到了和反馈增益以及系统度矩阵相关的条件,对于第三类协议,通过构造误差系统并分析其稳定性的方法建立了系统实现包围控制的充要条件。当跟随者具有二阶离散时间动力学、领导者具有一阶连续时间动力学时,提出了一类带有绝对速度信息的分布式协议,通过双线性变换法将离散时间系统的Schur稳定性转化成连续时间系统的Hurwitz稳定性,从而得到解决包围控制的充要判据。最后,通过仿真算例验证了理论结果的有效性。3.在实际操作中,速度和加速度信息相比位置信息更难获取。因此,本文针对由二阶连续时间跟随者和一阶离散时间领导者构成的混杂多智能体系统的包围控制问题,提出了一类仅测量位置信息的分布式协议。在协议中引入了一个新的变量,用于估计跟随者的速度信息,并且该变量的导数仅和它自身及智能体的位置信息相关。通过Lyapunov直接法和La Salle不变集原理,最终建立了与通信拓扑和反馈增益相关的解决包围控制的充分条件。最后,通过仿真算例验证了协议的有效性。
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