时变领航情况下多智能体网络一致性算法研究

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随着自动化技术、无线通信网络技术的快速发展,多智能体网络协调控制成为控制领域的研究热点问题。由于多智能体网络能够完成单一智能体无法完成的任务,所以得到了研究人员越来越多的关注。作为多智能体网络协调控制的典型问题,一致性问题在军事和民用等方面有着大量的应用潜力。并且在实际应用中,由于网络协调的任务复杂多变,网络领航智能体的状态信息通常是随时间变化的。因此,时变领航情况下多智能体网络一致性算法的研究具有很大的应用前景和研究价值。本文应用图论、矩阵论以及稳定性理论研究了时变领航情况下多智能体网络的一致性算法。首先,针对个体动态为一阶积分器的多智能体网络,研究时变领航情况下网络的一致性。在只有部分个体已知领航者状态的情况下,基于智能体间的相对状态,提出分布式控制协议,并应用图论、矩阵理论和稳定性理论给出有向固定拓扑网络实现一致的充要条件。进而将该算法拓展到智能体间具有固定相对状态偏差的情况,同样给出分布式控制协议和网络实现一致的充要条件,并通过仿真研究证明了算法的正确性。然后,针对个体动态为二阶积分器的多智能体网络,研究时变领航情况下网络的一致性。基于网络内智能体间局部时变速度、加速度的相对状态信息,提出二阶积分器模型的网络一致性控制协议。经过系统模型转换,将原来的二阶多智能体系统转化为系统矩阵行向量和为零的等价系统,因此二阶多智能体网络问题便转化为了一阶多智能体网络问题。进而通过构建一个新图以及使用非负矩阵理论,在固定和切换拓扑情况下,分别提出网络实现一致的充分条件。并将该控制算法拓展到智能体间具有固定相对状态偏差的情况,同样分析并给出实现具有固定相对偏差一致的充要条件,仿真实验证明了算法的正确性。最后,针对非完整约束模型的的多机器人网络,研究时变领航情况下网络的平均一致性问题。在只有部分个体已知领航机器人的状态信息的情况下,提出连续分布式有限时间估值器,使得各个跟随机器人能够在有限时间内准确的估测到领航者的状态信息,并且根据图论和矩阵论给出理论证明。在此基础之上,根据上述估测的领航状态信息,定义标准误差系统,并针对引入的标准误差系统设计多机器人网络的一致性协议,从而实现网络的平均一致性以及编队控制,同样根据图论和矩阵论给出理论证明,仿真证明了算法的正确性和有效性。
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