【摘 要】
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由于在军事、工业生产等领域中的广泛使用,多智能体系统的一致性问题已成为近年来控制领域的研究热点之一。脉冲控制作为一种不连续控制策略,由于其具有降低控制成本、提高控制效率和增强鲁棒性等优点,且在实际操作中易于实现,已广泛应用于多智能体系统的稳定性和一致性问题的研究中。然而,在实际的控制问题中,由于执行器受到能量、空间或特定执行器结构的物理约束,使得执行器饱和是一个不可忽视的问题。如果在控制器设计中忽
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由于在军事、工业生产等领域中的广泛使用,多智能体系统的一致性问题已成为近年来控制领域的研究热点之一。脉冲控制作为一种不连续控制策略,由于其具有降低控制成本、提高控制效率和增强鲁棒性等优点,且在实际操作中易于实现,已广泛应用于多智能体系统的稳定性和一致性问题的研究中。然而,在实际的控制问题中,由于执行器受到能量、空间或特定执行器结构的物理约束,使得执行器饱和是一个不可忽视的问题。如果在控制器设计中忽略这些限制或约束,可能会导致控制器的性能下降,甚至失去稳定性,以至于很难达到多智能体系统的控制目标。因此,执行器饱和对研究基于脉冲控制的多智能体系统一致性问题具有重要的理论意义和实际价值。本文综合运用代数图论、Lyapunov稳定性理论和脉冲控制理论,致力于设计出新颖的脉冲控制策略,解决无领航多智能体系统和领航跟随多智能体系统的一致性问题。主要研究内容及成果如下:(1)研究了多智能体系统在饱和脉冲控制下的自反馈一致性。首先,建立基于反馈原理的脉冲控制策略,通过对比系统输出和预期输出,将输出值作为补偿加入系统输入,不断调整控制行为,进而缩小系统输出与预期输出的差距,直到达到预期目标。因为饱和现象的普遍存在,在脉冲控制策略中引入饱和项对输入信号加以约束。然后,综合运用凸包分析、归纳法和矩阵测度理论等相关知识,利用比较原理,证明了多智能体系统在该策略下能够实现指数一致性。最后,采用Matlab仿真进一步验证了该控制策略的有效性。(2)研究了领航跟随多智能体系统在饱和脉冲控制下的状态反馈一致性。区别于无领航者多智能体系统,在领航跟随多智能体系统中,领航者通过与邻居进行局部通信,进而作用于全局。此时,一致性问题可以转化为同步跟踪问题,即跟随者以领航者运动轨迹为目标,实现对领航者的跟踪。首先,建立领航跟随多智能体系统,提出了一个以跟随者与领航者之间的相对状态为反馈机制的饱和脉冲控制策略。接着,利用Lyapunov稳定性理论构建Lyapunov函数,通过严格的数学推导,给出了领航跟随多智能体系统达到指数一致性的充分条件。最后,对系统进行Matlab仿真进一步验证了该策略的合理性。(3)研究了领航跟随多智能体系统在量化脉冲控制下的固定时间一致性。首先,针对领航跟随多智能体系统,设计了一个由两部分组成的新颖的控制策略。第一部分是跟随者之间的连续时间通信控制策略,第二部分是领航者与跟随者之间的脉冲时刻通信控制策略,这样能有效节省通信成本。同时,为了解决控制器频繁更新、网络带宽约束的问题,在脉冲控制策略中对跟随者与领航者之间的相对状态进行量化。这保证了系统在固定时间内的一致性,与有限时间一致性策略相比,其收敛时间与每个智能体的初始状态无关,适用范围更广。最后,Matlab仿真结果验证了该策略的可行性。
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