多主体系统的一致性问题研究

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基于复杂网络框架的多主体系统研宄是系统协同控制研究课题中的一项重要内容,也是人工智能研宄中不可缺少的一部分。其中,多主体系统的一致性问题是协同控制中的根本问题。多主体的一致性问题研宄主体通过信息的交互实现某种意义上的趋同。在这一过程中,一致性协议是系统各主体间信息交流和状态调节的规则,其中信息交换协议是系统实现趋同的关键部分。多主体系统一致性研宄的成果在实际问题中得到了广泛的应用,如无人机编队控制、多传感器网络信息融合等等。近几年来,间歇控制、脉冲控制和事件驱动控制等控制方法被提出,大量研究结果表明这些控制方法能够有效地减少系统通讯代价、提高控制质量。基于此,本文主要研宄基于间歇控制、脉冲控制以及分布式事件驱动控制的多主体系统一致性问题,具体包括:首先介绍了多主体系统和一致性问题,对国内外研宄现状进行了系统地总结;介绍了图论、矩阵论、凸包等相关知识以及脉冲控制、事件驱动机制,同时也对一致性等协同行为进行了阐述分析。针对多主体系统需要跟随者节点和领导者节点之间实现某种编队行为的需求,提出了基于间歇控制的多主体系统包含一致性问题,这一研究课题考虑主体在直线方向上的运动。通过设计间歇控制算法,分析在这一控制机制下如何使多主体系统实现包含一致性,得到使其实现包含一致性的充要条件。最后通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性。其次,考虑主体的绕群运动,针对上述模型进行改进,加入了角速度这一状态量,即将直线型的运动转变为圆周型协同运动。建立绕圈群集一致性数学模型,设计一种脉冲包含控制算法,利用坐标系变换简化角速度的分析,给出了基于脉冲包含控制机制,分析了多主体系统实现绕圈群集一致性的充要条件。在此基础上,进一步考虑了主体节点之间通讯受约束的情况,设计了随机量化机制下的脉冲控制策略,分析了系统实现绕圈群集一致性的充要条件。最后,给出了仿真例子验证了理论成果的正确性。在理想相对状态信息和量化相对状态信息两种通讯模式下,研宄分析了基于分布式事件驱动的一般线性多主体系统一致性问题,设计了一种基于事件的分布式控制算法,使得每个主体能够独立驱动控制,而不受邻居的影响;针对每个主体设计了事件驱动条件,使得各个主体在不需要连续观测邻居节点状态的条件下进行事件驱动条件的检测;随后,获得了使系统达到一致性的充分条件,并证明了不会出现Zeno现象。最后利用数值仿真证明了理想状态及量化约束状态下的一致性问题,验证了所提出算法的有效性。最后对全文进行了归纳总结,并对进一步需要研究的问题和未来研宄方向进行了展望。
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