二阶时延多智能体系统加权一致性研究

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多智能体系统一致性是指集群中任意节点都不受中央控制器及全局通信的作用,仅和相邻节点互相通信及资源共享,从而使集群中所有智能体达到某个一致状态。这种智能化协作的复杂行为,能使单个智能体克服个体能力不足的缺陷,有效提升个体在工程应用中完成复杂任务的能力。另外,在诸如时延、噪声、通信拓扑等外界因素的影响下,多智能体系统的收敛状态会出现多种情况。在实际的工程应用中,通常也要控制多智能体系统收敛到特定的状态,多智能体系统加权一致性可有效的实现这个目标。因此,对多智能体系统加权一致性问题的研究就更加具有理论价值和实际意义。本文以代数图论、矩阵论、频域控制理论以及稳定性理论作为有力工具,分别分析了无时延影响下二阶连续时间多智能体系统加权一致性问题、时延影响下二阶连续时间多智能体系统加权一致性问题以及时延影响下二阶离散时间多智能体系统加权一致性问题。本文涉及的内容概括如下:研究了无时延影响下且拓扑结构为有向平衡图的二阶连续时间多智能体系统加权一致性问题。基于智能体间的合作关系,首先提出了一种新颖的二阶连续时间多智能体系统加权一致性控制协议,并通过理论分析,得到了系统实现加权一致的代数条件判据,并用数值仿真实验进一步验证了所得结论的正确性与有效性。讨论了在时延影响下且拓扑结构为有向平衡图的二阶连续时间多智能体系统加权一致性问题。受通信信道带宽,信息传递速度有限等因素的限制,智能体间信息的发送与接收都可能会产生各种各样的时延,因此,为了更贴近实际应用需求,本文讨论了时延对系统渐近实现加权一致性的影响,并分析得到了系统渐近收敛到加权一致的代数条件判据。同样基于智能体间的合作关系,提出了一种新颖的且带有时延的加权一致性控制协议,并通过数学证明验证了协议的正确性,同时得到了系统渐近收敛的代数条件判据。最终用仿真实验验证了所得理论结果的正确性与有效性。同时,通过理论分析和仿真实验可得,在代数条件限制范围内,系统的特定收敛状态与时延、耦合权重以及耦合强度无关,只与节点权重和各智能体的初始状态有关。分析了时延影响下且拓扑结构为有向平衡图的二阶离散时间多智能体系统加权一致性问题。由于各种因素的限制,实际工程应用中常存在离散系统,受此启发,讨论了基于平衡图的二阶离散系统渐近达到加权一致问题,并讨论时延对系统实现收敛的影响。提出了一种新颖的二阶系统加权一致控制协议,并分析得到系统渐近收敛到指定状态的代数条件判据。通过理论分析和仿真实验可得,多智能体的特定收敛状态只和节点权重和各智能体的初始化状态有关。
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