基于事件触发的多智能体系统二分一致性研究

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在无向符号图及有向强连通符号图拓扑结构下,针对一阶积分器动力学模型的连续时间系统,研究了多智能体系统的二分一致性问题。根据符号图的特性,设计了协作和竞争交互关系并存的一阶多智能体系统二分一致性控制协议,使得多智能体系统达到一致时的状态模值相同但符号不同;利用代数图论和矩阵论,分析并得到了多智能体系统实现二分一致性的充分条件,同时得到智能体收敛到的最终一致性值。连续时间系统中通常假设智能体之间能不断的进行通信以保证控制,这显然是不现实的;而考虑周期采样控制,但同样会造成资源的不必要耗损及占用带宽等问题。为了解决采样控制带来的能源浪费问题,引入事件触发控制。构建一个事件触发函数,当智能体状态测量偏差满足触发函数时,事件触发且系统更新控制输入。并且,所设计的基于事件触发的多智能体系统控制协议虽然能够实现收敛,但往往是渐近时间收敛,其收敛速度缓慢,不适用于工程应用。因此,考虑引入有限时间一致性协议,使得多智能体系统能够在有限的时间内实现收敛。本文是首先针对网络拓扑为结构平衡的无向符号图一阶多智能体系统,设计了集中式事件触发条件,当某个智能体状态测量偏差满足触发函数时,所有智能体触发事件并更新控制输入。智能体之间无需连续通信,提高了系统效率与资源利用率。设计李雅普诺夫函数并利用代数图论和矩阵论,处理进行规范变换后的控制协议,证明了系统能够达到二分一致性收敛。在多智能系统实现二分一致性时,也证明了在保证系统稳定的同时,能够避免Zeno现象。数值仿真结果证明了控制协议的有效性。其次,考虑集中式事件触发条件存在带宽及通信资源的浪费问题,为一阶多智能体系统设计了分布式事件触发条件,同时考虑了网络拓扑为无向符号图及有向强连通图的情况,运用李雅普诺夫函数说明了系统能够实现二分一致性。并且,在保证系统稳定的同时,能够避免Zeno现象。数值仿真结果证明了控制协议的有效性。再次,考虑渐近收敛存在收敛速率慢及工程上的不适用性,引入有限时间一致性收敛,设计了鲁棒性更好收敛速率更快的控制协议。针对网络拓扑为无向符号图的一阶多智能体系统,考虑分布式事件触发控制及有限时间收敛,运用李雅普诺夫函数说明了系统能够实现有限时间二分一致性。并且,在保证系统稳定的同时,能够避免Zeno现象。数值仿真结果证明了控制协议的有效性。最后,对全文进行了总结。
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