多智能體系統(tǒng)分布式預(yù)測(cè)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(gè)前沿學(xué)科，其研究核心是尋求一種有效的方法使功能獨(dú)立的智能體通過(guò)協(xié)作完成復(fù)雜的控制任務(wù)或解決復(fù)雜的問(wèn)題。多智能體系統(tǒng)由多個(gè)空間分布的，具有獨(dú)立動(dòng)態(tài)特性智能體(子系統(tǒng))組成，如多衛(wèi)星系統(tǒng)、多機(jī)器人系統(tǒng)、多飛行器系統(tǒng)。智能體在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境下相互協(xié)作共同完成系統(tǒng)級(jí)目標(biāo)任務(wù)。智能體之間的協(xié)作主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：與其它智能體擁有一個(gè)共同的目標(biāo)；在實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的過(guò)程中在線共享信息。智能體具有的功能獨(dú)立性(自治性)主要體

2、現(xiàn)在能夠獨(dú)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(jì)算并完成控制動(dòng)作以達(dá)到自身的子目標(biāo)。
　　 與其它控制方法相比，預(yù)測(cè)控制根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)和工作環(huán)境變化，重新定義代價(jià)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(lǐng)域的青睞。然而集中式預(yù)測(cè)控制方法不能簡(jiǎn)單推廣到分布式情形。在分布式控制中，智能體之間的代價(jià)函數(shù)耦合、耦合約束、有限通信條件約束(通信失效)等問(wèn)題會(huì)引起智

3、能體的獨(dú)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(gè)重要研究?jī)?nèi)容，在實(shí)際應(yīng)用中有著重要的意義。
　　 本論文針對(duì)多智能體系統(tǒng)在全局代價(jià)函數(shù)耦合、耦合約束、通信失效情況下的控制問(wèn)題開展了分布式預(yù)測(cè)方法研究。論文主要工作如下。
　　 針對(duì)代價(jià)函數(shù)耦合情況下的多智能體系統(tǒng)分布式控制問(wèn)題，研究了基于相容約束和偏差懲罰

4、的分布式預(yù)測(cè)控制方法。此方法分析了多智能體集中式全局代價(jià)函數(shù)的分解方法，得到了智能體分布式局部代價(jià)函數(shù)，構(gòu)建了有限時(shí)域分布式預(yù)測(cè)控制問(wèn)題，并為各智能體設(shè)計(jì)了不同的、時(shí)變的相容約束條件，在各智能體局部代價(jià)函數(shù)中加入設(shè)定狀態(tài)軌跡和預(yù)測(cè)狀態(tài)軌跡之間偏差函數(shù)項(xiàng)，對(duì)偏差進(jìn)行懲罰，且在各采樣時(shí)刻使各智能體的相容約束條件相對(duì)于前一時(shí)刻更強(qiáng)。與傳統(tǒng)方法一樣，采用性能代價(jià)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(duì)耦合約束情況下的多智能體

5、系統(tǒng)分布式控制問(wèn)題，研究了耦合約束條件的分布式預(yù)測(cè)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(duì)多智能體系統(tǒng)復(fù)雜協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，研究了基于動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)的混雜分布式預(yù)測(cè)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(jià)函數(shù)中引入布爾函數(shù)項(xiàng)。為適應(yīng)復(fù)雜時(shí)變的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，在每個(gè)采樣時(shí)刻，

6、根據(jù)各智能體當(dāng)前位置和目標(biāo)位置，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)規(guī)則以確定布爾函數(shù)項(xiàng)的權(quán)值，實(shí)現(xiàn)智能體之間的協(xié)調(diào)。
　　 針對(duì)帶通信完全失效的多智能體系統(tǒng)分布式控制問(wèn)題，研究了雙模分布式預(yù)測(cè)控制方法。此方法將基于相容約束條件分布式預(yù)測(cè)控制方法和帶鄰居智能體狀態(tài)優(yōu)化的分布式預(yù)測(cè)控制方法相結(jié)合，在正常通信時(shí)，基于相容約束條件分布式預(yù)測(cè)控制方法中，智能體之間通過(guò)通信得到鄰居智能體的設(shè)定狀態(tài)軌跡；而在通信完全失效時(shí)，通過(guò)探測(cè)方式得到鄰居智能體在預(yù)測(cè)時(shí)域的位