多智能体系统分数阶自适应跟踪一致性研究

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多智能体系统的跟踪一致性问题是多智能体协同控制的重要组成部分,在工程实践中有着广泛的应用前景,因此在最近几十年内被国内外众多学者写进自己著作中。现有绝大多数的控制协议是整数阶模型,而整数阶控制模型由于自身固有的不足往往在描述复杂系统时会丢失一些重要信息而导致系统运行一段时间后出现一致性不佳、稳定性不好的情况。相比于整数阶模型的这些短板,分数阶方程模型对记忆性、遗传性有要求的系统中具备天然优势,更适合用于描述复杂控制系统。分数阶模型是整数阶的推广,在多智能体系统上有更强的应用功能。因此本文多智能体系统集中于采用分数阶控制协议研究系统跟踪一致性,主要工作有:(1)研究了系统在无法获取智能体相对状态时的跟踪一致性问题,在以通信边为研究重点前提下,设计了两类基于智能体相对输出的分数阶自适应跟踪一致性协议(包括线性与非线性系统两类情况)。在无向且连通的通信拓扑图中,根据智能体的相对输出与协议状态提出了两个分布式自适应控制协议,协议主要内容包括设计系统的时变控制输入、时变耦合权重和协议状态的分数阶变化率。系统为每条通信边分配一个时变的自适应耦合权重用于校正智能体的协议状态并以此影响其控制输入。系统误差函数则采用两类智能体的相对输出、协议状态绝对差值进行设计。通过分数阶Lyapunov稳定性定理与矩阵的Kronecker积性质,证明得出两元素的误差函数将趋于0,系统在此协议下将渐近稳定并达到一致。最终MATLAB的两个实例仿真验证了理论结果的准确性。(2)研究了系统以智能体为参考中心节点的跟踪一致性问题,设计两类分数阶多智能体系统自适应跟踪一致性协议(包括可获取智能体状态与只可获取智能体相对输出两类情况)。在无向且连通的通信拓扑图中,可获取相邻智能体相对状态时,利用获得的状态设计系统控制输入与节点的耦合权重。误差函数即为常见的跟随者与领导者的状态差值,误差函数趋于稳定并且为0时则系统实现跟踪一致。在无法获取智能体相对状态时,其设计过程与上述(1)类似,但两者研究重点不同,所设计自适应控制协议也不同,尤其是耦合权重。节点所考虑的时变耦合权重更为复杂。最后也是利用分数阶Lyapunov稳定性定理与矩阵的Kronecker积性质,证明系统在此协议下将渐近稳定并达到一致,并以MATLAB的两个实例仿真验证了理论结果的准确性。(3)设计了分数阶Lyapunov证明函数与LMI的几类变形式。上述设计的几个分数阶自适应控制协议分别在所设计的Lyapunov函数稳定性证明中采用了图论知识、分数阶Barbalat引理、Kronecker积和Schur补引理完成了理论证明,并在这些定理的作用下实现了系统的跟踪一致性。最后用了MATLAB两个实例仿真验证了理论结果的准确性。
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