多自主體網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同行為及優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，多自主體網(wǎng)絡(luò)因在多機(jī)器人合作、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)自主配置、無人機(jī)編隊(duì)和多導(dǎo)彈聯(lián)合攻擊作戰(zhàn)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而引起學(xué)者們的普遍關(guān)注。多自主體網(wǎng)絡(luò)指的是眾多自治或半自治的個(gè)體相互作用所形成的復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)，其中，個(gè)體和個(gè)體之間的相互作用分別被抽象為幾何圖中的節(jié)點(diǎn)和鏈接。自然界的生物網(wǎng)絡(luò)是一類典型的多自主體網(wǎng)絡(luò)，如螞蟻搬家、鳥群遷徙、魚群覓食等。通過個(gè)體之間的簡單協(xié)作，生物網(wǎng)絡(luò)通常會呈現(xiàn)一些自組織、自適應(yīng)、自主性及聚集等復(fù)雜性行為?；谶@些

2、生物群集智能特性，多自主體網(wǎng)絡(luò)被廣泛地應(yīng)用于各類人工系統(tǒng)，如國際互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、高速公路網(wǎng)等，為人類社會服務(wù)。伴隨科學(xué)技術(shù)的日益更新，多自主體網(wǎng)絡(luò)框架下多樣化、混合型協(xié)同與性能優(yōu)化模式在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)、科學(xué)探索以及人類日常生活中發(fā)揮著重要作用。分析現(xiàn)實(shí)中典型的多自主體網(wǎng)絡(luò)，由于節(jié)點(diǎn)動力學(xué)的復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及實(shí)際目標(biāo)任務(wù)的復(fù)雜性，仍然存在許多控制與優(yōu)化等方面的困難。
　　本文在前人工作基礎(chǔ)上，以多自主體網(wǎng)絡(luò)為研

3、究對象，從控制論與優(yōu)化角度，利用微分動力學(xué)原理、矩陣?yán)碚?、代?shù)圖論、凸規(guī)劃和隨機(jī)分析等技術(shù)手段，研究多自主體網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化的一些基本問題，并得到一些新的理論結(jié)果。針對網(wǎng)絡(luò)中資源或代價(jià)受約束等實(shí)際問題，研究多自主體網(wǎng)絡(luò)的保性能協(xié)同。設(shè)計(jì)個(gè)體位置相關(guān)的二次型性能指標(biāo)函數(shù)，結(jié)合混雜脈沖控制與最優(yōu)控制給出精確的混雜協(xié)調(diào)控制算法，并得到二階多自主體網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)一致性和保性能的充分條件。研究表明，這類二階協(xié)同行為與位置性能結(jié)合的研究方案在機(jī)器人或者

4、無人機(jī)路徑規(guī)劃方面具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。針對實(shí)際環(huán)境中目標(biāo)任務(wù)的多樣化與復(fù)雜性，研究多自主體網(wǎng)絡(luò)的多協(xié)同問題。設(shè)計(jì)基于事件規(guī)則的協(xié)調(diào)控制算法，引入聯(lián)合的協(xié)同與競爭機(jī)制，克服已有文獻(xiàn)依賴拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)假設(shè)的保守性，實(shí)現(xiàn)多自主體網(wǎng)絡(luò)的多一致性。研究結(jié)果表明，與現(xiàn)有文獻(xiàn)比較，利用分組事件規(guī)則所形成的迭代間隔更大，在一定程度上能夠優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中個(gè)體的控制迭代次數(shù)。針對多自主體網(wǎng)絡(luò)中單一致性和誤差漸近穩(wěn)定相對保守等問題，進(jìn)一步研究多自主體網(wǎng)絡(luò)的多協(xié)同問題，引入

5、混雜多子群協(xié)同的概念刻畫多自主體網(wǎng)絡(luò)涌現(xiàn)多樣化、混合型協(xié)同行為的情形，提出不全同信息交換機(jī)制，改進(jìn)已有文獻(xiàn)中基于同源信息構(gòu)建控制器的方法，設(shè)計(jì)適用的混雜協(xié)調(diào)控制算法，實(shí)現(xiàn)多自主體網(wǎng)絡(luò)的雜多子群協(xié)同。針對實(shí)際傳感器網(wǎng)絡(luò)中的效能優(yōu)化問題，研究具信道約束多自主體網(wǎng)絡(luò)的幾乎處處優(yōu)化一致性?？紤]實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中通訊代價(jià)與帶寬受約束等因素，提出基于量化數(shù)據(jù)的隨機(jī)Gossip型次梯度控制算法。研究結(jié)果表明利用這類帶量化的隨機(jī)Gossip型次梯度控制算法，多