基于鲁棒控制与输出调节理论的多智能体控制研究

来源 :南开大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:davidchen19
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近年来,作为从人工智能学科发展和壮大起来的一门新兴交叉学科,多智能体系统的研究已经吸引了国内外许多专家学者的广泛关注,其意义就在于它能够解决那些超出了单个智能体系统所能解决的大型的、复杂的现实问题,并广泛应用于自然界、工程技术等诸多领域,对于人类了解、探索自然界有重要的帮助。因此,多智能体系统的研究不论在理论还是在实际工程中,都具有深刻的意义。本文在概述当前相关研究现状的基础上,研究了具有非线性动态的多智能体系统的一致性和编队控制等问题。本文的主要研究结果有:1具有非线性动态二阶多智能体系统领导-跟随者控制一致性控制研究了具有非线性动态的二阶多智能体系统的领导-跟随一致性问题。首先,在无时滞的情况下,针对拓扑结构分别是固定和切换两种情况,基于图论等相关知识,给出了多智能体能够渐近跟踪领导者的条件。然后在考虑带有时滞的情况下,同样针对拓扑结构分别是固定和切换两种情况,应用Lyapunov-Razumikhin定理,得到了多智能体系统达到一致性的条件。2具有非线性动态多智能体系统鲁棒H∞编队控制假设智能体间存在通信时滞,考虑了具有非线性动态的二阶多智能体系统的鲁棒H∞编队控制问题,设计控制器使得问题可解。首先,在系统不存在外界干扰和参数不确定的情况下,针对拓扑结构分别是固定和切换的两种情况,基于矩阵的相关知识,采用线性矩阵不等式(LMI)方法,结合Lyapunov稳定性理论,给出了所研究的多智能体系统编队控制问题可解的充分条件。接着在考虑系统带有外部干扰和参数不确定的情况,同样针对拓扑结构分别是固定和切换两种情况,研究了多智能体系统H∞编队控制问题的鲁棒性,给出了问题可解的充分条件。即多智能体系统在所设计的控制器的作用下,不仅达到了期望的队形,而且满足一定的H∞性能指标。3仿射非线性多智能体系统基于输出调节的编队控制基于传统的系统输出调节理论,研究了一类仿射非线性多智能体系统编队控制问题。即多智能体系统在跟踪参考信号的同时,相互之间还要保持所期望的队形。在考虑多智能体系统时,智能体需要以一个期望队形去跟踪外部系统信号。为了解决这个问题,将传统的非线性输出调节理论进行推广,并且设计了一个分布式控制协议。基于内模原理,由调节方程给出了多智能体系统分布式输出调节编队控制问题是可解的充要条件。4基于鲁棒输出调节的非线性多智能体系统的编队控制针对含有参数不确定且具有一般形式的非线性动态的多智能体系统,研究了其分布式鲁棒输出调节编队控制问题。为了解决这个问题,基于邻域设计了一个动态反馈分布式控制协议,并且将传统的非线性输出调节理论进行推广。利用中心流形定理和内模原理等理论,得到了多智能体系统鲁棒输出调节编队控制问题是可解的条件。论文的主要创新点如下:1)针对固定和切换两种拓扑结构情况,考虑了具有非线性动态的二阶多智能体系统的领导-跟随一致性问题。在带有和不带有时滞的两种情况下,应用图论和稳定性理论等相关知识,给出了多智能体能够渐近跟踪领导者的条件。2)针对具有时滞非线性动态的二阶多智能体系统,研究编队控制问题。考虑系统系统带有外界干扰和参数不确定性的情况下,基于线性矩阵不等式方法,得到多智能体系统的鲁棒H∞编队控制问题可解的充分条件。3)研究了具有非线性动态的多智能体系统分布式输出调节编队控制。把动态领导者或者环境干扰作为输出调节问题中的外部系统,将传统非线性输出调节理论进行推广,设计一个控制协议。基于内模原理,得到编队控制问题可解的充要条件。当系统具有不确定参数时,采用鲁棒输出调节理论研究了多智能体系统的编队控制问题。
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