固定时间多智能体系统事件触发协同控制

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多智能体系统由多个能够与环境进行交互并且具有一定自主处理信息能力的智能体组成。相比于单个体,多个体协同工作可以提高工作效率,降低消耗,因而在众多领域中具有广泛的应用,如机器人协同作业、无人机编队、卫星姿态协同等。协同控制问题的主要目标就是在一定的通信网络下,设计相应的控制算法,使得各个智能体的状态达到一致。对于一致性控制问题,收敛速度一直是一个重要的研究课题。大多数的研究结果都是渐近收敛并且收敛时间是无穷大。除此之外,有限时间结果的收敛时间依赖于初始状态。近年来,为了避免此局限性,固定时间一致性问题得到了广泛的关注,其收敛时间的上界不依赖于初始状态,可以更好地满足对收敛时间的高要求。因此,本文主要研究了固定时间事件触发协同控制问题。将不同的控制方式与不同的控制目标相结合,既保证了快速的收敛,又减少了通信损耗。本文主要研究了多智能体系统有限/固定时间协同控制问题,所采用的控制算法包括有限时间控制、固定时间控制、事件触发控制、自触发控制等。论文的主要研究内容包括以下几个方面:1.针对一阶非线性系统的协同控制问题,给出了事件触发协同控制算法和自触发协同控制算法,并证明了所有个体可以实现固定时间一致性。对于事件触发控制,提出了两种不同的触发条件,一种需要连续通信,一种可以避免连续通信。提出的自触发控制算法不但可以避免连续通信,而且可以避免对自身状态的实时监测。2.对于切换拓扑下的一阶非线性系统的平均一致性问题,提出了固定时间协同控制算法,并且所设计的李亚普洛夫(Lyapunov)函数不依赖于网络通信拓扑图。首先考虑带有干扰的时延系统,给出了固定时间平均一致性算法。其次,为了减少能源的损耗和连续通信,在未有时延的情况下,提出了两种事件触发机制。3.针对一阶时延受扰系统的一致性问题,结合模型降阶的方法,设计了两种事件触发协同控制算法,并证明了所有个体可以实现固定时间一致性。对于这两种事件触发机制,一种需要连续通信,一种可以避免连续通信。在不连续通信的情况下,需要更多的触发次数。4.对于二阶受扰系统,设计了事件触发控制、团队触发控制以及自触发控制这三种算法,并且证明了在这三种触发机制下都可以实现固定时间一致性。其中,事件触发控制需要连续通信,团队触发控制可以避免一部分的连续通信,而自触发控制可以完全避免连续通信。对于自触发控制,不但可以避免连续通信,而且可以避免对自身状态的实时监测。由于自触发需要大量的触发次数来避免完全的连续通信,团队触发(事件触发+自触发)可以实现事件触发和自触发之间的一种均衡。5.针对带有领导者的二阶受扰系统的跟踪问题,提出了事件触发和自触发一致性跟踪算法,并证明了跟随者可以在固定时间内或有限时间内跟踪上领导者。对于固定时间一致性跟踪问题,设计了一个事件触发机制来减少控制器的更新频率。此外,对于有限时间跟踪问题,不但提出了事件触发机制来减少控制器的更新频率,而且提出了自触发机制来减少通信损耗。对于二阶系统来说,已经满足了工程中很多实际系统的需求,可以进行广泛的应用。
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