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本文研究多智能体网络系统中的一致性问题.一致性问题是群体协调控制领域中一个新兴的但又十分重要的研究课题.本文的主要研究内容包括:
1.刻画了一致性函数的结构,给出了一类连续时间系统和一类离散时间系统的一致性函数结构的代数描述.一致性函数是描述群体决策值对系统初始状态的依赖关系的函数,而群体决策值又是个体动态、分布协议和网络结构共同作用的结果,因而根据一致性函数对个体进行角色(leader和follower)分类更合理.本文分析了这种分类方法与通信拓扑的关系.
2.针对离散时间多智能体系统和一类常用的一致性协议,深入细致地研究了切换拓扑时变时滞情况下系统的一致性问题的可解性.应用化时滞系统为与其等价的无时滞的增广系统的方法,并利用矩阵论、图论等相关知识分别得到定常拓扑、切换拓扑、时变时滞等情况下系统解决一致性问题的数学条件和拓扑结构条件.另外本文还研究了弱连通拓扑下系统的最终状态与网络结构、通信时滞的关系,得出内部个体的最终状态只依赖于网络结构而与时滞无关的结论.
3.针对个体内部存在时滞的系统,例如传感器与控制器之间或控制器与执行器之间存在时滞,本文给出了一类有效的分布协议,其具有对内部时滞的鲁棒性.此协议的主要特点是要求个体的状态信息在多个时间步内被个体自身的控制器或执行器利用多次.这一思想可以运用到时滞系统的控制器设计中.
4.研究了信息非连续传递情况下的连续时间多智能体系统的异步一致性问题.给出的一致性协议是基于个体邻居的在某些离散时刻的信息实现的.异步是指每个个体调整自身动态的时刻,即更新时刻,是与其它个体不相关的.另外我们假设拓扑可以是切换的,通信时滞可以是任意变化的.本文证明了如果时滞是有界的,并且通信拓扑在某个给定长度的任意时间区间上的并具有生成树,则一致性问题是可解的.
5.提出了有限时间一致性问题,给出了设计和分析有限时间一致性协议的理论框架.这些协议是连续的状态反馈,在这类协议下,系统具有收敛速度快、控制精度高和扰动抑制能力强等优点.在理论分析中,采用了有限时间Lyapunov稳定性理论的方法.虽然对于一般情况,很难甚至是不可能找到有效的Lyapunov函数,但本文成功地把一般情况分解为几类特殊情形,分别针对这些特殊情形进行理论证明.另外,本文讨论了两类特殊的有限时间一致性问题,即快速一致性问题和饱和一致性问题.