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《华南理工大学》 2012年
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多智能体系统协调控制中的若干问题研究

刘学良  
【摘要】:近年来,多智能体或多主体系统分布式协调控制问题已持续成为国内外不同学科领域研究者的关注点,这是由于其在社会、工业、建设和国防等领域有着广泛的应用背景,如:无人驾驶飞机编队控制、多智能体群集运动、分布式传感器网络、人造卫星群位姿调整及交通拥塞控制等。在多智能体系统协调控制中,一个重要的问题是多智能体系统的一致性控制。所谓一致性问题,简单的说就是随着时间的变化,多智能体系统中各主体之间通过通信协调使所有智能体的状态最终趋于一致。在整个合作过程中,分布式控制协议的设计成为实现全局协同行为的至关重要的因素。 本文的课题得到了国家自然科学基金(61174070)、国家自然科学基金-广东省联合基金重点项目(U0735003)、海外及港澳合作基金(60828006)和高校博士点基金(20110172110033)的部分资助。本文结合代数图论、矩阵理论及Lyapunov稳定性定理,采用理论分析和数值仿真相结合的方法,对网络具有通信时延、测量噪声和变化网络通信拓扑的连续时间多智能体系统协调控制中的两个基本问题进行了研究,即一致性和聚集控制问题。具体的研究内容包括以下几个方面: 第一部分(即第一章和第二章),首先介绍了多智能体系统分布式协调控制的研究背景和意义,其次阐述了多智能体系统协调控制中的基本问题和研究进展。最后就本文的主要工作、所用到的符号及代数图论等预备知识作了必要的说明。 第二部分,研究了通信时延影响下的连续时间多智能体系统静态和动态聚集控制问题。(第三章)首先对于一阶静态聚集控制,利用代数图论和Lyapunov技术,以线性矩阵不等式的形式给出了实现静态聚集控制的时滞相关型判据。并且该结果可以利用MATLAB工具箱LMI Toolbox方便求解。此外,将结果推广到含有通信时延和测量噪声的情形。其次,对于二阶动态聚集控制,利用代数图论、频域分析方法及Nyquist稳定性判据,得到了每个跟随者最终进入动态领导者组成的凸形区域的充分条件。再次(第四章)分别研究了没有通信限制和通信时延干扰下的连续时间分数阶系统的静态聚集控制问题。理论结果表明:只要智能体之间的通信时延不超过给定的最大的时延上界,最终每个跟随者都能够进入多领导者组成的凸多边形区域。最后,数值仿真验证了文中结果的正确性。 第三部分(第五章)研究了连续时间多智能体系统的一致性跟踪控制问题。首先,讨论了具有测量噪声的连续时间二阶积分多智能体系统的一致性跟踪控制,每个跟随者当前时刻接收到的邻居位置状态和速度状态均受到高斯白噪声的干扰。为了减少噪声的影响,引入了一个时变递减的一致性增益。利用速度分解技巧和随机Lyapunov分析方法,得到了闭环系统均方稳定的充分条件。此外,将结果推广到时变通信网络情形。其次,研究了通信时延影响下的高阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制问题。根据泛函微分方程稳定性定理,证明了所有的跟随者都能够在有限时间内跟踪上动态领导者。最后,数值仿真验证了文中所提算法之有效性和可行性。 第四部分(第六章)研究了多个时变通信时延和外界噪声干扰下的连续时间多智能体系统H∞一致性控制问题。每个智能体只能利用自己局部状态信息和接收到的含有不同的通信时延邻居状态信息来更新自己的状态。为了便于分析,利用模型变换将原来的闭环系统转化为一个与之等价的降阶子系统。基于线性矩阵不等式方法和Lyapunov稳定性定理得到了降阶子系统稳定的充分条件。理论结果表明:最终所有智能体系统均达到一致并满足期望的H∞性能。此外,还讨论了变化通信网络拓扑情形下的鲁棒H∞一致性问题。最后,数值仿真表明结果的正确性。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP13

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张天勇;网络化多智能体跟踪和编队预测控制的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2017年
2 陈磊;不确定因素影响的多智能体系统跟踪控制方法研究[D];电子科技大学;2017年
3 崔冰;多智能体系统协同一致性追踪问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
4 刘文辉;复杂环境下多智能体系统一致性研究[D];华南理工大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 许修箔;仿人多指灵巧手的抓取规划与实验[D];大连理工大学;2018年
2 李文敬;分数阶多智能体系统的一致性研究[D];重庆邮电大学;2017年
3 乔勇;应用于无线传感网的时钟同步分布式协议设计[D];浙江大学;2017年
4 刘国胜;分布式飞行控制系统故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2017年
5 回振超;基于MAS的海工项目物资仓储管理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2017年
6 肖强;时标上多智能体系统的动力学分析[D];集美大学;2016年
7 戴俊;基于采样控制和量化通信的多智能体一致性问题研究[D];安徽工程大学;2015年
8 殷林飞;多飞行器编队三维避障算法研究[D];南昌航空大学;2015年
9 成照萌;多智能体系统的模型预测控制[D];华中科技大学;2015年
10 魏晓辉;多智能体系统的编队控制研究[D];东北大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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1 杨文;多智能体系统一致性问题研究[D];上海交通大学;2009年
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【共引文献】
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5 袁玩贵;屈百达;;受干预多智能体系统平衡状态及目标追踪设计[J];控制理论与应用;2015年06期
6 张超超;唐超礼;黄友锐;陈珍萍;曲立国;程军辉;;基于多智能体的图像定位系统在煤矿井下的实现[J];矿山机械;2015年05期
7 戴俊;瞿成明;郝玲玲;乔永明;;基于无线通信网络的多智能车速度一致性控制系统[J];重庆理工大学学报(自然科学);2015年04期
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9 赵明明;李彬;王敏立;;不确定信息下基于拍卖算法的多无人机同时到达攻击多目标[J];电光与控制;2015年02期
10 李相民;颜骥;刘波;魏健;;多智能体协同任务分配问题研究综述[J];计算机与数字工程;2014年12期
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1 陈飞雄;交流微电网分布式协调控制方法研究[D];重庆大学;2017年
2 张天勇;网络化多智能体跟踪和编队预测控制的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2017年
3 许冬;混合多端直流输电运行特性研究[D];华北电力大学(北京);2017年
4 施孟佶;复杂环境下多智能体一致性控制及其在协同飞行中的应用[D];电子科技大学;2017年
5 王鑫;多智能体系统的协调容错控制方法研究[D];东北大学;2016年
6 龙晓军;多智能体系统的有限时间一致性跟踪[D];大连海事大学;2015年
7 纪良浩;多智能体网络的一致性问题研究[D];重庆大学;2014年
8 葛艳红;基于物联网的教育机器人关键技术研究[D];武汉理工大学;2013年
9 卫佳;网络化多智能体系统的一致性研究[D];华中科技大学;2013年
10 金元日;不确定通信下多智能体系统的一致性[D];浙江大学;2013年
【同被引文献】
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1 王寅秋;非线性多智能体系统一致性分布式控制[D];北京理工大学;2015年
2 王传锐;多智能体系统分布式跟踪控制问题研究[D];中国科学技术大学;2014年
3 王庆领;饱和受限的多智能体系统一致性问题研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
4 金元日;不确定通信下多智能体系统的一致性[D];浙江大学;2013年
5 李丽;多智能体系统一致性跟踪的采样控制问题研究[D];华中科技大学;2013年
6 郭凌;多智能体系统一致性与复杂网络同步控制研究[D];中南大学;2013年
7 郑元世;异质多智能体系统的分布式协调问题研究[D];西安电子科技大学;2012年
8 刘学良;多智能体系统协调控制中的若干问题研究[D];华南理工大学;2012年
9 王强;低阶多智能体系统分析与控制协议设计[D];山东大学;2012年
10 潘欢;二阶多智能体一致性算法研究[D];中南大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 温礼刚;一种齿轮—腱欠驱式三指灵巧手的研制[D];大连理工大学;2017年
2 肖锋;基于强化学习的库位优化算法在物料拉动系统中的研究与应用[D];西南交通大学;2015年
3 付小红;RFID在物流仓储管理系统中的应用研究及设计[D];安徽理工大学;2015年
4 王金淑;分数阶混沌系统的线性控制与同步[D];河北师范大学;2015年
5 李旸;分数阶微积分在几类多智能体系统中的应用[D];东南大学;2015年
6 张平辉;带有分布式时滞多智能体系统的平均一致性[D];江西师范大学;2014年
7 王玉娇;分数阶导数及其应用[D];太原理工大学;2014年
8 许兴旺;基于多智能体系统模型检测与抽象技术的Web服务组合验证[D];华侨大学;2014年
9 任雨;具有可变参数量化器的一阶多智能体系统研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
10 张永斌;基于概率计算与状态预测的UAV编队研究[D];大连理工大学;2013年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 苗明明;无线传感器网络实时性组网与声定位实验方法研究[D];南京理工大学;2018年
2 戴欣;基于预测机制的多自主体系统一致性问题研究[D];江南大学;2018年
3 刘学超;基于无线传感器网络时钟同步算法的分析及改进[D];内蒙古师范大学;2018年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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2 刘成林;田玉平;;具有不同通信时延的多个体系统的一致性[J];东南大学学报(自然科学版);2008年01期
3 俞辉;王永骥;程磊;;基于有向网络的智能群体群集运动控制[J];控制理论与应用;2007年01期
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【相似文献】
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6 任锐;王晓丽;周浔;;基于势函数的多智能体编队控制[A];中国仪器仪表学会第十二届青年学术会议论文集[C];2010年
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8 杨洪勇;刘启明;;时延不同的二阶多智能体系统的编队控制[A];2009中国控制与决策会议论文集(1)[C];2009年
9 刘华罡;方浩;毛昱天;曹虎;贾睿;;多智能体系统分布式群集运动与避障控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 杨文;汪小帆;;异质影响网络中的一致性问题[A];第三届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2006年
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1 金学伟;一致性法则[N];中国证券报;2018年
2 国家新闻出版广电总局数字出版司副司长 冯宏声;百科未来:融入智能体[N];中国新闻出版广电报;2018年
3 《普通高中美术课程标准(2017年版)》修订组核心成员、上海师范大学教育学院教授 胡知凡;浅谈核心素养“教—学—评”的一致性[N];中国美术报;2018年
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9 江西省赣州市委常委 组织部长 孙正森;践行群众路线要坚持四个“一致性”[N];中国组织人事报;2014年
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3 卫佳;网络化多智能体系统的一致性研究[D];华中科技大学;2013年
4 王朝霞;网络环境下多智能体系统一致性研究[D];上海大学;2016年
5 冯元珍;多智能体:二阶系统组与混合阶情形的一致性问题研究[D];南京理工大学;2014年
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8 吴治海;网络环境下的多智能体系统一致性问题研究[D];华中科技大学;2011年
9 王庆领;饱和受限的多智能体系统一致性问题研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
10 崔冰;多智能体系统协同一致性追踪问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2016年
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3 陈兰芳;多智能体技术及其在生产系统协调控制中的应用[D];河北工业大学;2005年
4 高海祥;基于网络的多智能体系统一致性问题研究[D];南京理工大学;2013年
5 况玲丽;多智能体系统的一致性研究[D];电子科技大学;2014年
6 孟诚;二阶多智能体系统的一致性研究[D];华中科技大学;2012年
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8 王京;多智能体系统编队避障算法研究[D];华东理工大学;2013年
9 季虹菲;基于预测控制的多智能体系统一致性问题研究[D];上海交通大学;2010年
10 魏婷婷;多智能体系统协同包围目标控制算法的研究[D];电子科技大学;2014年
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