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多智能体系统的一致性研究

高枫  
【摘要】: 近年来,多智能体系统的协调控制问题引起了来自于不同学科的工程和科学上的专家的广泛关注。部分原因就是多智能体系统在很多领域,包括无人飞行器的协调控制、编队控制、涌现、群集、通信网络的拥塞控制,以及分布式传感器网络中的广泛应用。协调控制的关键问题就是设计合适的协议或算法使得多智能体系统涌现出某种特定的形状或行为,也就是所谓的“一致性”问题。随着多智能体分布式协调控制的潜在应用日益显现,一致性问题的相关理论发展迅速。正是在这样的背景下,本文以多智能体系统为研究对象,以代数图论,矩阵论和控制理论为工具,在系统建模、一致性协议收敛性分析等方面展开了研究。 本文研究了非线性协议下具有时变通信时延的多智能体系统的一致性问题。提出了有向通信拓扑下,智能体状态有约束的网络的非线性一致性协议。基于代数图论和Lyapunov稳定性理论,以线性矩阵不等式形式给出了保证网络中所有智能体状态达到平均一致的充分条件。 在很多实际应用中,常常不可能直接控制智能体的状态信息导数。针对这种情况,本文研究了具有时变通信时延的多智能体系统的二阶一致问题。提出了有向通信拓扑下,智能体状态信息导数不便控制的二阶一致算法。基于代数图论,无源化分解方法和Lyapunov稳定性理论,以线性矩阵不等式形式给出了保证系统中所有智能体状态以及状态导数渐近收敛到一致的充分条件。另外,本文的结论能很容易地拓展到高维状态问题中。最后给出了几个数值仿真例子,证明了所给结论的有效性。 最后,对全文的研究工作进行了总结,并对今后的研究重点进行了展望。


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