带有通信限制的多智能体一致性研究

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近年来,多智能体系统的协调控制已经成为一个重要的研究课题,并引起了控制、数学、生物、机器人和人工智能等多个领域学者的高度关注。多智能体一致性问题是多智能体协调控制研究中最基本也是最重要的问题。智能体之间进行信息交换是多智能体实现一致的关键。由于实际中多智能体经常处于各种复杂的环境中,智能体之间的通信可能伴有噪声,也可能因遭受外部攻击而导致局部信息的交换中断,还可能因网络资源的不足而出现故障。为解决信息通信方面可能出现的问题,节省通信网络的资源,本文运用图论、矩阵论和控制论等方法,研究了带有通信限制的多智能体一致性问题。主要内容概括如下:首先,针对复杂环境中具有不同控制任务的多智能体系统,研究了带有通信噪声的离散多智能体组群一致性问题。考虑多智能体的通信过程中含有通信噪声的情况,给出了多智能体的一阶离散模型。进而对多智能体系统的误差系统构建了Lyapunov函数,得到了误差系统稳定,即多智能体分组平均一致的充分条件。数值仿真结果表明,在满足给定条件的情况下,多智能体系统能够实现组群平均一致。其次,针对具有通信失效及切换拓扑的领导-随从非线性多智能体系统展开研究。假设多智能体系统具有多个拓扑结构,其中包含智能体之间没有通信连接的零图(通信失效的情况)。并设计了随从的控制协议,通过分析给出了非线性多智能体达到一致的充分条件。仿真结果表明,在通信失效时间满足给定条件的情况下,多智能体系统能够实现一致,并且实现一致的速度和控制增益有关。再次,研究了基于事件触发控制的非线性多智能体一致性问题。给出了事件触发条件,智能体的状态根据触发条件进行更新,有效地节省了通信资源。基于事件触发条件设计控制协议,进而通过分析误差系统的稳定性,得出了事件触发参数选取的充分条件。仿真结果表明,所设计的基于事件触发的控制协议能够使多智能体系统实现一致。最后,对本文的研究工作做了总结,并提出了有待进一步研究的方向。
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