耦合时滞影响下多智能体系统的一致性分析

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随着多智能体系统在无人机协调控制、卫星姿态控制、移动机器人编队协作控制、分布式传感器网络自主配置以及通信网络拥塞控制等众多工程领域的大量应用,多智能体系统的一致性已经引起学者们的普遍关注,并成为众多领域前沿研究课题其中一项。在实际工程应用中,时滞的存在往往会降低系统性能,甚至造成系统发散,破坏系统的稳定性。为进一步分析耦合时滞影响下多智能体系统的一致性问题,本文在已有研究工作的基础上,结合代数图论、矩阵理论、控制理论以及稳定性理论等方法,分别讨论了区间时变时滞系统的稳定性问题,线性多智能体系统在系统内部时滞与通信时滞耦合影响下的全局一致性以及非线性多智能体系统在时变通信时滞影响下的局部一致性。本文的主要研究内容概括如下:
  (1)研究了区间时变时滞系统的稳定性问题。为了降低主要结果的保守性,引入新的增广向量,构造了合适的Lyapunov-Krasovskii泛函。在对泛函导数中的积分项进行处理时,基于Auxiliary函数的积分不等式以及改进的relaxed积分不等式,通过运用交互凸组合技术,有效提高了对泛函导数的估计精度,并得到了保守性较小的系统稳定性判据;
  (2)考虑线性多智能体系统的网络拓扑结构为有向图,在系统内部时滞和通信时滞同时存在的情况下,对多智能体系统的全局一致性问题进行了研究。利用有向图所对应Laplacian矩阵的性质,将网络分解成若干个低维的线性时滞子系统,并基于Lyapunov-Krasovskii理论构造新型泛函,在处理泛函导数时,结合Wirtinger积分不等式和凸组合技术提出了一种新的积分不等式,大大降低了所得结果的保守性,运用Schur补性质、线性矩阵不等式等方法,从而得到线性多智能体系统在时滞影响下实现一致性时的充分条件;
  (3)考虑非线性多智能体系统具有有向通信拓扑结构,假定系统存在通信时滞为时变时滞,讨论了多智能体系统的局部一致性问题。首先对系统做线性化处理,定义系统加权平均状态,将网络去耦合分解为多个时滞系统,从而将多智能体系统一致性转化为时滞系统稳定性分析,然后利用Lyapunov稳定性理论,构造同时含有单重积分项和二重积分项的新的增广泛函,并通过运用具有更小放缩空间的Auxiliary积分不等式、延伸的relaxed积分不等式、以及凸组合技术等方法,大大提高了对泛函导数中积分项的估计精度,得到了具有较低保守性的系统稳定性判据。
  最后,对本论文的工作进行了归纳总结,并对多智能体系统的一致性问题的后续研究发展作了展望。
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