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具有离散动态的多智能体系统一致性问题研究

王礼勇  
【摘要】:近年来,随着应用的实际需要和科学技术的发展,多智能体系统的协作控制在世界范围内掀起了研究热潮,引起了大量不同背景的诸如生物学、物理学、数学、信息科学、计算机科学等学科研究者的广泛关注。由于信息和计算的快速发展,多智能体系统广泛应用于众多领域中,诸如移动机器人的协作控制、无人驾驶飞行器、自主编队飞行、多传感器编队控制、非编队协作控制问题,比如任务分配,有效载荷运输,空中交通管制,移动传感网络覆盖控制,国民经济和国防军事等高新技术工程领域,并展示出十分广阔的应用前景。本文主要考虑在离散时间高维线性耦合动力学状态下的多智能体系统,由于系统通信与传感有限性,提出一种随机切换且时变的无向网络拓扑模型来模拟真实的多智能体系统,设计基于邻居的输出反馈控制器用来解决自治个体的切换网络下的一致问题。利用图论、矩阵理论、Lyapunov函数的方法、H_∞控制理论等知识,运用LMI和Riccati方程求解输出反馈控制器,解决了高维线性耦合动力学状态下的多智能体系统一致性问题。 本文的主要内容和研究成果如下: 1.研究具有无向切换拓扑结构下的离散时间多智能体系统一致稳定性问题,不受噪声等扰动的影响。基于局部信息构造出控制协议,利用矩阵的相关理论将多智能体系统转化成子系统的Schur稳定性问题。提出了求解LMI和改进的离散时间代数Riccati方程用于获得反馈增益矩阵。最终通过仿真实例来说明所得理论结果的有效性。 2.研究具有无向切换拓扑结构下的离散时间多智能体系统H_∞控制问题,伴随噪声等扰动的影响。基于邻居的信息,设计输出反馈控制协议用以解决多智能体系统的一致性问题。在预设的H_∞性能指标下,通过运用H_∞控制理论,得出多智能体系统的Schur稳定条件。同时通过求解LMI,我们能获得反馈矩阵K_c的值。 3.研究具有无向切换拓扑结构下的离散时间多智能体系统H_∞动态输出反馈一致控制问题,伴随噪声等扰动的影响。设计基于局部信息的动态输出反馈控制协议,运用公共的Lyapunov稳定性理论以及H_∞控制理论解决多智能体系统一致性问题。在预设的H_∞性能指标下,运用H_∞控制理论,结合LMI,求解出反馈矩阵K c的值,从而获得多智能体系统的Schur稳定条件。


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