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近些年,由于多智能体系统的分布式协调控制在无人机编队控制、人造卫星姿态控制、多机器人群集控制等工业和军事领域中具有广阔的应用前景,使其得到了越来越多学者的密切关注。多智能体系统的一致性问题是智能体间分布式协调合作的关键,吸引了计算机科学、控制工程等领域专家学者的浓厚兴趣。同时,在控制工程领域,脉冲控制因其具有控制量小、收敛性能高、控制成本低等优点,已经在复杂网络的研究中广泛运用。多智能体系统作为一类复杂网络,我们期望通过基于脉冲控制的多智能体系统一致性研究进一步丰富复杂系统的控制理论。本文以多智能体系统作为研究对象,在代数图论、Lyapunov稳定性理论、脉冲微分方程理论的支撑下,研究基于分布式脉冲控制的非线性多智能体系统一致性问题。主要研究内容有以下两个方面:
(1)研究了基于脉冲控制的非线性多智能体系统的领航跟随固定时间量化一致性问题。从降低通信能耗以及扩展通信范围的角度出发,结合脉冲控制和量化控制的控制特点,针对领航跟随多智能体系统设计了两类控制协议。在“平均脉冲时间间隔”理论、比较系统理论的支撑下,我们得到了在无向通信拓扑下,基于脉冲控制的领航跟随多智能体系统在固定时间内实现量化一致性的充分条件。通过分析表明本文所设计的控制器在降低跟随者与领航者间的通信能耗时不仅可以保证系统在固定时间内实现一致性,还可以通过改变控制器的参数调整系统达成一致性的最大驻留时间,最后我们通过数值仿真验证了所设计的一致性控制协议的有效性。
(2)研究了基于边沿事件触发控制的非线性多智能体系统的脉冲一致性问题。针对事件触发控制算法中可能出现Zeno现象以及采样控制算法中系统收敛速率较慢的问题,我们考虑结合固定时间脉冲控制的控制优点进行弥补。因此,我们整合脉冲控制、事件触发控制和采样控制来研究非线性多智能体系统的一致性问题。我们针对两类多智能体系统,设计了两类脉冲一致性协议。在这两个协议中,我们以智能体的通信拓扑中的边作为事件触发的对象在特定的时刻进行智能体的数据采样和判断,并用此数据进行控制,这种控制方式完全避免了Zeno现象的产生。我们定义此种控制方式为“脉冲边沿事件触发控制”。通过理论分析,我们得到了在无向通信拓扑下,多智能体系统实现这两类一致性的充分条件。最后,我们通过数值仿真验证了所设计的一致性控制协议的有效性,并将其与传统的固定时间脉冲控制相比,发现此种控制方式具有更好控制性能,如系统的收敛速度更快等。
(1)研究了基于脉冲控制的非线性多智能体系统的领航跟随固定时间量化一致性问题。从降低通信能耗以及扩展通信范围的角度出发,结合脉冲控制和量化控制的控制特点,针对领航跟随多智能体系统设计了两类控制协议。在“平均脉冲时间间隔”理论、比较系统理论的支撑下,我们得到了在无向通信拓扑下,基于脉冲控制的领航跟随多智能体系统在固定时间内实现量化一致性的充分条件。通过分析表明本文所设计的控制器在降低跟随者与领航者间的通信能耗时不仅可以保证系统在固定时间内实现一致性,还可以通过改变控制器的参数调整系统达成一致性的最大驻留时间,最后我们通过数值仿真验证了所设计的一致性控制协议的有效性。
(2)研究了基于边沿事件触发控制的非线性多智能体系统的脉冲一致性问题。针对事件触发控制算法中可能出现Zeno现象以及采样控制算法中系统收敛速率较慢的问题,我们考虑结合固定时间脉冲控制的控制优点进行弥补。因此,我们整合脉冲控制、事件触发控制和采样控制来研究非线性多智能体系统的一致性问题。我们针对两类多智能体系统,设计了两类脉冲一致性协议。在这两个协议中,我们以智能体的通信拓扑中的边作为事件触发的对象在特定的时刻进行智能体的数据采样和判断,并用此数据进行控制,这种控制方式完全避免了Zeno现象的产生。我们定义此种控制方式为“脉冲边沿事件触发控制”。通过理论分析,我们得到了在无向通信拓扑下,多智能体系统实现这两类一致性的充分条件。最后,我们通过数值仿真验证了所设计的一致性控制协议的有效性,并将其与传统的固定时间脉冲控制相比,发现此种控制方式具有更好控制性能,如系统的收敛速度更快等。