网络化多智能体系统的控制策略研究及在电力系统中的应用

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网络化多智能体系统近年来受到来自科学与工程各个领域研究者越来越多的关注,是目前的研究热点。现实中的许多系统都呈现为网络化,例如:互联网,电力网络,交通网络,神经网络,传感器网络等。随着现代科学和技术的发展,控制系统变得越来越复杂,许多都含有大量的耦合结构。传统的理论模型越来越难以描述这些复杂特性。因此,我们需要一种新的方法来掌握这些复杂耦合系统的动态行为,使我们可以更好的提高系统的稳定性,安全性和应用性。针对上述问题,本文研究了网络化多智能体系统和多区域多电机互联电力系统的控制策略。主要研究工作如下:(1)研究了一类网络化多智能体系统的分散镇定问题,将无源性的概念引入多智能体系统,基于线性矩阵不等式技术和Lyapunov-krasovskii泛函的方法研究了包含离散时滞和分布时滞的混合时滞不确定多智能体系统的分散镇定问题,给出了系统渐近稳定的充分判据。所得到的新的结果更能适应复杂的实际情况。(2)研究了一类多智能体网络系统的协调控制问题,设计了一种新型的带有自适应协调器的控制器。基于动态图建立了多智能体网络系统的模型,并考虑了系统的非线性互联和不可避免存在的时变时滞。应用分布式控制策略,设计了自适应参数估计的协调器,用于调节智能体之间的互联强度,使网络达到稳定的预设水平。并基于Lyapunov-Krasovskii泛函和自适应动态偏差反馈控制技术,根据拉萨尔不变集原理证明了偏差控制系统的渐近收敛性。这种控制方法,可在系统参数不确定的情况下,同时完成参数估计和协调控制。所设计的控制律和自适应律简单,易于实现。仿真示例验证了所提方法的有效性。(3)研究了一类具有不同结构并且参数未知的两个多智能体网络系统的自适应同步控制问题。基于动态图建模的思想,在多智能体之间固定拓扑的条件下,应用分布式控制策略,可在系统参数未知的情况下,同时完成参数估计和自适应同步控制。设计了一个简单的控制策略使得带有未知参数的多智能体网络系统达到全局同步。(4)研究了结构扰动条件下的多区域多电机互联电力系统自动发电控制(AGC)的分散协调控制问题。提出了一种新的对对分解的分散协调控制方法。应用置换包含原理,将单区域电力系统视为网络的节点,区域间互联视为网络的链路,采用对对分解技术,将原系统扩展后,使强耦合的原系统分解为弱耦合的分散子系统对;对每个基本互联子系统对,应用标准的LQG控制算法设计反馈控制增益阵。除了考虑负荷扰动,同时也考虑了结构扰动。为了实现原系统的控制,应用包含原理的收缩条件将扩展空间的分散控制增益阵收缩回原空间。最后,分别用两区域、三区域、四区域互联电力系统AGC数值仿真检验了结果的有效性。(5)研究了电力市场条件下互联电力系统自动发电控制(AGC)的分散网络控制问题。提出了一种新的重叠分散的网络控制器设计方法。将电力系统互联项作为重叠部分,应用系统包含原理的约束条件扩展系统的信息重叠结构,得到扩展空间上的系统模型,使强耦合的原系统分解为弱耦合的分散子系统;对每个子系统,考虑在网络控制环境下存在数据传输时延及丢包,将扩展后的模型离散化;针对单数据包传输情况,将同时存在网络诱导时延和数据包丢失的网络控制系统建模为具有事件约束的异步动态系统(ADS),选取一个新的Lyapunov函数,得到了网络控制系统指数稳定的充分条件,采用求解线性矩阵不等式(LMIs)的方法设计出状态反馈分散网络控制器。为了实现对原系统的控制,应用包含原理的收缩条件将扩展空间的分散控制器收缩回原空间。最后,用两区域互联电力系统AGC数例仿真检验了结果的有效性。(6)研究了由n个同步发电机互联而成的电力系统,以其中一台电机为共同参考,将整个系统对对分解为n-1个子系统。子系统模型具有Lur’e-Postnikov系统形式。设计了非线性控制器,可以保证分布协调控制下的子系统是局部稳定的。进一步提出了电力系统全局联结稳定性的分解合成判别方法。通过构建复合Lyapunov函数,应用Lyapunov直接方法,可以估计出系统的稳定区域,结合M矩阵的判定,得到判定互联系统联结稳定性的定理。
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