一类分数阶线性多智能体系统的编队与包含控制研究

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近年来,多智能体系统协同控制问题在军事、航天等领域应用广泛,引起越来越多学者的关注。其主要研究内容包括包含控制,一致性控制,轨迹追踪以及编队控制问题等。相较于整数阶系统,分数阶系统在研究某些物理学问题和工程应用上表现更佳。因此,不同于现有的整数阶多智能体系统,本论文考虑了具有分数阶线性动力学模型的多智能体系统,研究了多智能体系统的时变编队控制问题和包含控制问题。所得结果具体如下:1.解决了分别基于固定和切换有向通信拓扑的分数阶一般线性多智能体系统的时变编队控制问题。首先,相较于阶数α为α∈(0,1]的分数阶系统,本论文考虑的分数阶阶数满足α∈(0,n],是在现有研究基础上的拓展。其次,由于实际操作时智能体的状态量极难获取,本文采用观测技术手段,设计了分布式观测型控制协议。用观测的状态信息代替无法获取的真实状态量输入控制器,以实现时变编队控制问题。此外,考虑到真实情况下智能体间通讯的复杂性,本文使用切换通信拓扑来描述多智能体系统的信息传递方式,因而更具实际意义。然后,通过一系列线性变换,将原系统的时变编队控制问题转化为全新系统的渐进稳定问题,并且使用拉普拉斯变换、分数阶线性系统渐进稳定定理等工具,设计合理控制器,得到了实现时变编队控制的充分条件。最后,本文对所得结果做了一系列仿真实验和结果分析。2.研究了分数阶异质线性多智能体系统的包含控制问题和鲁棒包含控制问题,其中,跟随者系统带有异质线性动力学,领导者系统为同质线性系统,并带有可测的线性控制输入。首先,不同于现有成果,本文考虑的是领导者带有有界线性输入的包含控制问题。其次,分数阶系统的阶数α满足α∈(0,n],拓展了多数文章所考虑的α∈(0,1]的分数阶线性系统,使所得结果一般化。之后,本文利用智能体间的通讯信息,采用观测技术手段估计领导者系统的控制输入并设计相应控制协议,解决实际状态量难以获得的弊端。此外,在实际应用中,控制器输入系统前要经过执行器,由于执行器自身性能恶化或是控制输入对执行器产生的影响,执行器错误容易发生。因而,本论文提出研究带有执行器错误的分数阶异质线性系统的包含控制问题,并且依据分数阶线性系统渐进稳定定理和拉普拉斯变换,给出实现分数阶异质线性系统的包含控制问题和考虑执行器错误的鲁棒包含控制问题的充分条件。最后,本文针对所得结果给出一系列模拟仿真实验。
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