多智能體系統(tǒng)一致性跟蹤的采樣控制問題研究.pdf

1、近年來，國內(nèi)外眾多研究者通過選取有效的數(shù)學(xué)工具及穩(wěn)定性分析方法，提出了多種多智能體系統(tǒng)的一致性協(xié)議，并對其收斂性進(jìn)行了深入的研究，推動了多智能體系統(tǒng)一致性問題研究的快速發(fā)展。與連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)相比較，基于采樣控制的多智能體系統(tǒng)模型在控制精度、控制速度和控制性能方面都具有一定的優(yōu)勢。此外，與網(wǎng)絡(luò)中高通信量的全局信息傳送相比，僅在采樣時刻傳送狀態(tài)信息可以有效的節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬和通信成本。因此，本文以基于采樣信息的多智能體系統(tǒng)為研究對象

2、，探討了一階多智能體系統(tǒng)、二階多智能體系統(tǒng)及混合階多智能體系統(tǒng)的一致性問題。
　　此外，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常要求所有智能體的最終狀態(tài)都能收斂到一個期望值。這一類問題可看作一致性跟蹤，即每個智能體與其鄰域內(nèi)的其它智能體交換狀態(tài)信息，并以跟蹤領(lǐng)導(dǎo)者的給定參考狀態(tài)為目標(biāo)。而傳統(tǒng)的?-一致性協(xié)議不能解決一致性跟蹤問題。作為一種給定的參考模型，一致性跟蹤問題具有一定的普適性，于是，本文重點(diǎn)關(guān)注了基于采樣控制的多智能體系統(tǒng)的一致性跟蹤問題。

3、r>　　首先研究了無向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下和有向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的一階多智能體系統(tǒng)的有界一致性跟蹤問題。針對所提出的一致性跟蹤協(xié)議，分析了運(yùn)用該一致性協(xié)議時系統(tǒng)的收斂性問題。由于時延可能會對系統(tǒng)的收斂性產(chǎn)生一定的影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩或分叉。因此，我們進(jìn)一步考慮了采樣時延的存在，不僅分析了采樣時延小于一個采樣周期時系統(tǒng)的收斂性，還討論了采樣時延可能大于一個采樣周期的情形。針對采樣時延小于采樣周期的情況，所得到的理論結(jié)果相對簡單，確保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有界

4、一致性跟蹤的充要條件為采樣周期及采樣時延的上確界和下確界。然而當(dāng)采樣時延大于采樣周期時，所得到的充要條件較為復(fù)雜，尤其在有向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，由于其對應(yīng)鄰接矩陣的不對稱性，很難得到關(guān)于采樣周期及采樣時延取值范圍的顯式表達(dá)式。
　　其次，考慮到很多由諸如無人機(jī)或機(jī)器人構(gòu)成的多智能體系統(tǒng)，它們的控制輸入并非是速度變量，而是通過調(diào)整位姿變量的二階導(dǎo)數(shù)——加速度變量來控制自身的運(yùn)動狀態(tài)。因此，我們進(jìn)一步將一階多智能體系統(tǒng)的研究結(jié)論拓展到了二

5、階系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)中每個智能體僅在采樣時刻接收其鄰域內(nèi)的其它智能體或虛擬領(lǐng)導(dǎo)者的位置信息和速度信息時，運(yùn)用代數(shù)圖論、矩陣論、時延分解技術(shù)、增廣矩陣方法和頻域分析等方法，對系統(tǒng)進(jìn)行了一致性分析。此外，考慮到在工程實(shí)際中，由于技術(shù)環(huán)節(jié)或環(huán)境因素的限制，可能導(dǎo)致智能體的速度信息較難獲取。本文還關(guān)注了系統(tǒng)中智能體的速度信息不可測的情況，提出了相應(yīng)的一致性跟蹤協(xié)議，并得到了無向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有界一致性跟蹤的充要條件，以及有向網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的

6、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致性跟蹤的充分條件。結(jié)果表明系統(tǒng)的收斂性與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制參數(shù)、采樣周期及采樣時延等因素有關(guān)。
　　針對一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)一致性問題的研究，都是假定系統(tǒng)中所有的智能體具有同樣的階次，即系統(tǒng)中每個智能體的動力學(xué)特性是相同的。然而在大規(guī)模的多智能體系統(tǒng)中，由于各種環(huán)境因素或不確定性條件，有時很難保證系統(tǒng)中所有的智能體是同質(zhì)的。因此，本文研究了由一階智能體和二階智能體所共同組成的混合階系統(tǒng)，提出了相應(yīng)的一致性跟蹤協(xié)議，并根據(jù)