一类二阶多智能体系统一致性问题研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingdang19822003
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近年来,多智能体网络系统的协同控制吸引了来自工程与科学等不同领域研究者的广泛关注,主要归因于多智能体系统控制在诸如分布式传感网络、无人驾驶飞行器协作控制、队形控制、通信网络拥塞控制、flocking以及swarming模型中的广泛应用。信息一致是多智能体系统协同控制的中心问题之一,其目标是所有的智能体的状态最终趋于一致。本文主要研究一类二阶积分器多智能体系统在不同框架下的一致性算法及分析,主要研究内容及贡献如下:  针对连续时间二阶多智能体系统,本文研究了两种不同通信方式下的一致性问题。对于智能体间位置和速度通信拓扑由不同图所建模的情形,在位置通信拓扑是无向图的假设下本文给出了一个使得系统达到一致的充分条件。对于智能体间的位置和速度通信拓扑相同的情形,本文系统的研究了在确定和动态切换通信拓扑下的一致性问题。具体来说,利用图理论方法在绝对速度下降增益满足一定条件的情形下将二阶系统的一致问题转化为等价的两倍于二阶智能体数量的一阶多智能体系统一致性问题。对于确定拓扑的情形,本文给出一个使得智能体达到一致的充要条件,结果表明,类似于一阶智能体系统,含有一个有向生成树仍然是使得二阶智能体系统能够达到一致的通信拓扑上的最弱的条件。最后,本文成功地利用非负矩阵理论、代数图理论的方法将这个思想延伸到切换拓扑下的一致性分析并得到了通信拓扑上非常宽松的充分条件。  针对带有(时变或定常)速度参考信号的连续二阶多智能体系统,本文研究了两种不同算法下的一致性分析。采用图论及系统稳定性分析方法,对于定常通信拓扑情形本文给出了使得所有智能体达到位置一致并且速度与参考信号匹配的一个充要条件。对于动态切换通信拓扑情形,借助切换系统中驻留时间思想,应用代数图论方法以及非负矩阵理论,本文给出了一个使得智能体达到位置一致并且速度与参考信号匹配的充分条件,该充分条件对于通信拓扑在任意时刻均没有连通性的要求,因此非常宽松。  针对一类离散二阶多智能体系统的,本文考虑了两种不同智能体动力学模型下的一致性算法设计与分析,即基于零阶保持器的采样离散系统模型和基于前向反馈差分方程的逼近模型。本文考虑了系统在不同环境下的一致性问题,包括定常拓扑、动态切换拓扑以及带有时变和非一致的通信时滞情形。对于定常拓扑情形,在一定条件下可以给出智能体达到一致的充分条件。对于动态切换拓扑的情形,本文给出通信拓扑在非常宽松要求下的一个使得系统达到状态一致的充分条件,并且可以证明出所研究智能体系统的一致性质对通信时滞具有很强的鲁棒性,即对于非一致的时变的通信时滞,只要它们是有界的,那么最终所有智能体将达到状态一致。进一步的,本文还讨论平均一致性与平衡通信拓扑的关系以及某些特殊动态通信拓扑下计算群一致决策值的方法。  针对带有输入时滞的连续一阶和二阶多智能体系统,本文给出了在切换通信拓扑是平衡的条件下的一致性分析。对于一阶智能体系统首先对系统模型进行转换将智能体系统的一致性问题转化为一个带有时滞的线性系统的稳定性问题,进而利用Lyapunov-Krasovskii泛函来处理该线性系统的稳定性。对于二阶积分器智能体系统,首先通过引入一种图理论方法来刻划扩展系统的系统矩阵相关有向图与系统通信拓扑图的关系,进而利用利用Lyapunov-Krasovskii泛函以及时滞分割思想来处理转换后带有时滞的线性系统的稳定性。最终可以得到使得所有智能体达到状态一致的充分性条件,条件以一组线性矩阵不等式的形式给出,虽然形式上比较复杂,但是本文证明了这些矩阵不等式都是理论上确定可解的。并且这些结论相比于已有文献具有更低的保守性。
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