二阶多智能体系统的群一致跟踪问题

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多智能体系统是近年来系统与控制领域中的热门课题,受到越来越多相关学者的关注和研究.在国民经济和社会发展的实际问题中,多智能体系统的协调控制理论具有广阔的应用前景,如水下航行器的编队控制、传观器网络的自主配置、无人车辆的合作控制、人造卫星的姿态控制等等.一致性问题是多智能体系统协调控制的基础性问题,其关注点是利用近邻智能体和自身的状态信息,为具有简单动态系统的智能体设计某种状态演化的控制协议,以促使多智能体系统中每个智能体的关键量收敛到一个相同的状态,这些状态演化协议的设计思想多数借鉴于自然界中群集现象的自组织或外激励合作机制.一致性问题的研究对现代科技和集群智能的发展有诸多的推动作用,在系统和控制领域受到了广泛的关注并得到了大量的结论,比如异步一致性、有限时间一致性、跟踪一致性、群一致性等.在工程应用中,有时需要智能体执行多个任务、监视多个目标或者被分配在不同的地理位置,这就要求把群体划分为多个不同的子群,就一致性而言,不同子群中的智能体关键量收敛到不同的状态,从而学者们提出并研究群一致性问题.目前所考虑的情形主要有两种,一种是没有领导者的情形,智能体状态的演化只依赖于子群内部邻居的信息交流以及子群与子群之间邻居的信息交流;另一种是有领导者的情形,不同子群配有不同的领导者,智能体状态演化除了受到前一种情形信息交流的影响外,还直接或间接地受到自身所在子群的领导者信息的影响,其目标是使不同子群的智能体状态收敛到所在子群的领导者的状态,这种情形又被称为群一致跟踪问题,其理论分析比一致性理论复杂的多.本文主要研究两类二阶多智能体系统的群一致跟踪问题,主要结论和贡献如下:1.考虑基于观测器的二阶线性多智能体系统的群一致跟踪问题,假设每个智能体只获取邻居的位置信息,自身的位置和速度信息,利用这些位置信息,本文建立了用来估计领导者速度的观测器以及基于领导者速度估计值的控制协议.对于无测量时滞的情形,利用代数图论、矩阵理论和多项式稳定性理论建立了多智能体系统解决群一致跟踪的充分必要条件,并给出了协议参数的设计.对于有测量时滞的情形,利用时滞系统的稳定性理论证明了系统在所给协议参数的选取下可以容许一定的测量时滞,使得整个群体同样可以达到群一致跟踪,最后通过数值仿真的例子进一步验证所给理论结果的有效性.2.考虑基于脉冲控制的二阶积分器多智能体系统的群一致跟踪问题,假设智能体在离散时刻对邻居的位置信息、自身的位置和速度信息进行周期采样,基于这些采样信息,本文提出了带有领导者速度观测器的脉冲控制协议.根据脉冲微分方程理论和多项式的Schur稳定理论建立了系统达到群一致跟踪的充分必要条件,给出了协议参数和采样周期满足的代数条件,数值仿真的例子表明了所给条件的适用性。
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