基于分布式控制的多智能体系统有限时间一致性研究与分析

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近年来,多智能体系统分布式协同控制在国内外掀起了一股研究热潮,越来越多不同领域的专家学者加入到这股浪潮中,其原因主要在于多智能体系统在生物等众多学科有着广泛的涉及,同时在无人机群编队、传感器网络、车辆交通管理等众多工程领域也有着广阔的应用前景。纵观已有关于多智能体系统分布式协同控制研究成果,不难发现,一致性(Consensus)作为最基础的问题,得到了深入的发展。一般来说,解决有限时间一致性问题常规的做法就是利用Lyapunov有限时间稳定性理论来证明所提出的控制协议能够使得多智能体系统在有限时间内达到一致,证明所得到的有限时间结果和系统初始值的变化密切相关。然而,固定时间控制理论,作为一种特殊的有限时间控制技术,与经典有限时间技术相比,特点在于得到的驻留时间不依赖于系统的初始值,而是通过调节参数来改变系统的驻留时间。考虑到实际控制系统在能耗、扰动等方面的不同需求,本文在现有研究成果的基础上,设计了两种不同的有限时间一致性协议。这两种协议用来解决基于分布式控制有限时间一致性问题。主要研究方向有以下几点一、研究了基于事件触发控制线性多智能体系统的有限时间一致性问题。通过在有限时间算法中引入事件触发控制机制,提出了一种新的有限时间一致性算法。在Lyapunov稳定性理论及代数图论支持下,我们得到在无向通信拓扑图下,带有事件触发控制的多智能体系统有限时间内达到一致性的条件。然后通过数值仿真得出了本节提出的事件触发控制有限时间一致性协议与传统有限时间算法相比具有更快的收敛速度。实验同样表明,系统在实现更快最优速度的同时,还能够保持更低的能量损耗和通信负担。二、研究了具有脉冲扰动的多智能体系统固定时间一致性问题。通过在多智能体系统模型中引入脉冲扰动,设计了一种新的固定时间一致性算法。在代数图论、脉冲控制理论的支持下,我们得到了在无向通信拓扑结构图下,带有脉冲扰动的多智能体系统实现固定时间收敛的条件,并且估计出了在不同初始值条件下的系统驻留时间。仿真实验表明,多智能体系统不受智能体初始值影响,而可以调节参数来调节收敛速度并可估算驻留时间。
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