线性连续时间三阶多智能体系统的一致性控制问题研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangbohan1991
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近年来,多智能体系统的协同控制受到了越来越多研究者的关注。不同于传统的集中式控制,分布式协同控制由于具有更好的鲁棒性、灵活性以及自适性,而被广泛应用于军事、农业和交通等领域。一致性问题是多智能体系统协同控制研究中的根本性问题。多智能体一致性的主要任务是根据系统的通信拓扑结构设计合适的控制算法,使得系统中所有个体的状态最终都能够达到一致,如机器人编队的位置及速度一致,卫星群的姿态一致等。在实际工程中存在很多动力学结构比较复杂的高阶多智能体系统,简单的一阶及二阶模型不能很好地描述其内部特性。因此,本论文主要研究了线性连续时间三阶多智能体系统一致性的相关问题,同时考虑到了通信时滞的影响以及智能体的分组控制方法。论文的主要结构如下:首先,详细阐述了课题的研究背景以及多智能体一致性问题的研究现状,同时介绍了一些相关的图论、矩阵论等预备知识。其次,研究了无时滞的三阶多智能体系统一致性问题。结合一致性控制协议,将原始系统转换成误差系统,采用图论、矩阵论和Routh-Hurwitz稳定性判据等相关知识完成了系统的稳定性分析,给出了系统在无向拓扑结构下达到渐近一致的充要条件。数值仿真验证了所设计算法的有效性。第三,研究了带有通信时滞的三阶多智能体系统一致性问题。针对系统的拓扑结构含有一颗有向生成树的情形,采用广义Nyquist准则和Gerschgorin圆盘定理,给出了系统收敛一致的充分条件,并分析得到了系统能够容忍的最大通信时滞的显式计算公式。针对系统的拓扑结构为无向图的情形,分析得到了一类有效的控制算法。结论的正确性由数值仿真验证。最后,论文研究了三阶多智能体系统的分组一致性问题并针对智能体模型设计了合适的分组控制协议。假设系统含有一颗生成树,利用矩阵理论和Routh-Hurwitz稳定性判据完成了系统的稳定性分析。在系统拓扑结构为连通图和无向图两种情形下,分别给出了系统达到渐近一致的相关充分条件。数值仿真表明,系统的稳定性由耦合强度参数和系统Laplacian矩阵的非零特征值共同决定。
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