多智能體系統(tǒng)分布式預測控制方法研究.pdf

1、多智能體系統(tǒng)是控制理論和人工智能的一個前沿學科，其研究核心是尋求一種有效的方法使功能獨立的智能體通過協(xié)作完成復雜的控制任務或解決復雜的問題。多智能體系統(tǒng)由多個空間分布的，具有獨立動態(tài)特性智能體(子系統(tǒng))組成，如多衛(wèi)星系統(tǒng)、多機器人系統(tǒng)、多飛行器系統(tǒng)。智能體在網(wǎng)絡化環(huán)境下相互協(xié)作共同完成系統(tǒng)級目標任務。智能體之間的協(xié)作主要體現(xiàn)在兩個方面：與其它智能體擁有一個共同的目標；在實現(xiàn)目標的過程中在線共享信息。智能體具有的功能獨立性(自治性)主要體

2、現(xiàn)在能夠獨立地采集周圍環(huán)境信息和其它智能體信息，并與其它智能體通信，計算并完成控制動作以達到自身的子目標。
　　 與其它控制方法相比，預測控制根據(jù)系統(tǒng)目標和工作環(huán)境變化，重新定義代價函數(shù)和約束條件，并使智能體在約束邊界條件下工作，從而能夠得到更好的控制效果，受到多智能體系統(tǒng)控制領域的青睞。然而集中式預測控制方法不能簡單推廣到分布式情形。在分布式控制中，智能體之間的代價函數(shù)耦合、耦合約束、有限通信條件約束(通信失效)等問題會引起智

3、能體的獨立控制行為發(fā)生沖突，影響智能體控制行為的一致性和系統(tǒng)全局穩(wěn)定性。所以如何避免多智能體系統(tǒng)控制的沖突，提高控制行為的一致性和協(xié)作效率，成為多智能體系統(tǒng)控制的一個重要研究內(nèi)容，在實際應用中有著重要的意義。
　　 本論文針對多智能體系統(tǒng)在全局代價函數(shù)耦合、耦合約束、通信失效情況下的控制問題開展了分布式預測方法研究。論文主要工作如下。
　　 針對代價函數(shù)耦合情況下的多智能體系統(tǒng)分布式控制問題，研究了基于相容約束和偏差懲罰

4、的分布式預測控制方法。此方法分析了多智能體集中式全局代價函數(shù)的分解方法，得到了智能體分布式局部代價函數(shù)，構建了有限時域分布式預測控制問題，并為各智能體設計了不同的、時變的相容約束條件，在各智能體局部代價函數(shù)中加入設定狀態(tài)軌跡和預測狀態(tài)軌跡之間偏差函數(shù)項，對偏差進行懲罰，且在各采樣時刻使各智能體的相容約束條件相對于前一時刻更強。與傳統(tǒng)方法一樣，采用性能代價函數(shù)作為李亞普洛夫函數(shù)分析了閉環(huán)穩(wěn)定性。
　　 針對耦合約束情況下的多智能體

5、系統(tǒng)分布式控制問題，研究了耦合約束條件的分布式預測控制方法。利用相容約束條件，將耦合約束處理為非耦合約束，并推廣到避碰約束和通信距離約束等典型的耦合約束情況，分析了耦合約束成立的充分條件，證明了此方法的可行性和穩(wěn)定性條件。
　　 針對多智能體系統(tǒng)復雜協(xié)調(diào)控制問題，研究了基于動態(tài)協(xié)調(diào)的混雜分布式預測控制方法，將智能體之間的避碰約束處理為基于方位的混雜規(guī)則，并在代價函數(shù)中引入布爾函數(shù)項。為適應復雜時變的協(xié)調(diào)控制問題，在每個采樣時刻，

6、根據(jù)各智能體當前位置和目標位置，設計動態(tài)協(xié)調(diào)規(guī)則以確定布爾函數(shù)項的權值，實現(xiàn)智能體之間的協(xié)調(diào)。
　　 針對帶通信完全失效的多智能體系統(tǒng)分布式控制問題，研究了雙模分布式預測控制方法。此方法將基于相容約束條件分布式預測控制方法和帶鄰居智能體狀態(tài)優(yōu)化的分布式預測控制方法相結合，在正常通信時，基于相容約束條件分布式預測控制方法中，智能體之間通過通信得到鄰居智能體的設定狀態(tài)軌跡；而在通信完全失效時，通過探測方式得到鄰居智能體在預測時域的位