分布式协同控制近年来已广泛应用于卫星姿态控制,大规模电力调度,智能交通系统等领域。分布式一致性是多智能体系统分布式协同控制研究的基本问题,是解决其他分布式协同控制问题的基础。收敛速率是评价一致性协议好坏的一个重要指标。根据收敛速率,一致性协议可以分为渐近一致性和有限时间一致性。有限时间一致性是指智能体可以在有限时间内达到一致,因其高精度和鲁棒性而广受关注。本文以有限时间一致性为基础,紧紧围绕(i)固定时间一致性问题(ii)通信范围受限下,多智能体系统的保连通有限时间一致性问题(iii)通信受限情况下,基于有限时间一致性的分布式平均跟踪与分布式优化问题,展开研究,主要完成了以下创新性工作:(1)针对非线性和干扰相互耦合的一阶多智能体系统,作者设计了三类固定时间一致性协议。不同于有限时间一致性,固定时间一致性是指智能体在有限时间内达到一致,并且收敛时间有不依赖于初值的上界。因此,可以预先设计收敛时间。基于固定时间稳定性理论,我们通过选取合适的Lyapunov函数分析了智能体在三种协议下的收敛性并给出了收敛时间的表达式。另外,我们还深入探讨了控制器中每一项的作用和参数对收敛速率的影响。(2)在细致平衡的有向图下,针对无领导者和只有一个领导者的二阶非线性多智能体系统,我们基于双极限齐次性理论设计了一类新的固定时间一致性协议。当不存在干扰时,设计了一类仅利用相对状态信息的连续一致性控制协议。而当同时存在干扰和一类特殊的非线性函数时,基于积分滑模方法设计了不连续的动态增益控制协议。(3)在通信范围受限下,针对二阶非线性多智能体系统,我们基于齐次性理论设计了保连通有限时间一致性控制协议。对于同时存在干扰和非线性的二阶多智能体系统,设计了基于符号函数的不连续一致性控制协议,使得拓扑可以一直保持连通并使多智能体系统在有限时间内达到一致。然后对于没有干扰的非线性多智能体系统,重新设计了一致性控制协议,使误差系统在平衡点附近是连续的,从而避免了抖震。(4)针对通信范围受限的一阶多智能体系统,我们设计了保连通固定时间分布式平均跟踪协议,使得网络连通性一直保持并使智能体可以在固定时间内跟踪到参考信号的平均值。通过选取合适的Lyapunov函数分析了智能体在该协议下的收敛性并给出了收敛时间的表达式。(5)作者研究了通信范围受限下,一阶多智能体系统的分布式保连通优化问题。首先针对固定拓扑下的一阶多智能体系统,设计了分布式优化算法,使智能体在有限时间内达到一致然后渐近地达到最优点。之后将该算法拓展到通信受限情况下,借助于之前的保连通机制设计的分布式控制协议在保证网络连通的条件下,使智能体在有限时间内达到一致然后渐近地达到最优点。(6)作者研究了通信范围受限下,带有时变代价函数二阶多智能体系统的分布式保连通优化问题。通过设计新的保连通机制,避免了加边或减边时控制协议产生跳变现象,使之拥有良好的特性。在此基础上设计的分布式优化协议可以使智能体在有限时间内达到一致并渐近地跟踪到最优轨迹。