多智能體系統(tǒng)的最優(yōu)包圍控制問題研究.pdf

1、多智能體系統(tǒng)由多個簡單個體組成，其協(xié)作控制主要是指個體通過交換局部信息而完成給定的群體任務。伴隨著分布式控制理論在現(xiàn)實工程中的廣泛應用，如分布式傳感器的網(wǎng)絡(luò)化控制、多機器人的編隊與控制、辦公樓宇的自動化以及智能交通等，多智能體系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制逐漸成為相關(guān)科研工作者的熱點研究問題。其中，包圍控制以及最優(yōu)一致性是該領(lǐng)域中的基本問題，包圍控制問題目的是通過設(shè)計合適的控制律，使跟隨者收斂到由領(lǐng)導者所形成的凸包內(nèi);最優(yōu)一致性問題則是給定系統(tǒng)的性能

2、指標函數(shù)，尋求最優(yōu)的控制輸入使得多智能體系統(tǒng)以最優(yōu)的性能實現(xiàn)一致性。其目的是通過設(shè)計合適的基于個體的控制協(xié)議，使得追隨者收斂到由多個領(lǐng)導者組成的凸包內(nèi)。本文主要應用最優(yōu)控制理論中的線性二次型調(diào)節(jié)器算法(LQR)，針對多智能系統(tǒng)的最優(yōu)包圍控制問題以及最優(yōu)一致性問題展開研究，論文的主要結(jié)論如下:
　　1.針對由多個靜態(tài)領(lǐng)導者和跟隨者組成的一階多智能體系統(tǒng)，利用LQR方法研究了最優(yōu)包圍控制問題。設(shè)計了基于跟隨者個體的控制協(xié)議，其中包含待

3、定的全局量化因子。針對所給的與拓撲結(jié)構(gòu)相關(guān)的全局成本函數(shù)，得到了使得系統(tǒng)可解最優(yōu)包圍控制問題的全局量化因子所應滿足的條件。仿真結(jié)果表明，所有跟隨者的狀態(tài)最終收斂到由領(lǐng)導者組成的凸包內(nèi)，且給定性能指標函數(shù)達到了極小值。
　　2.基于LQR方法，研究了一類一般線性多智能體系統(tǒng)最優(yōu)包圍控制問題。所考慮系統(tǒng)由多個靜態(tài)領(lǐng)導者和跟隨者組成，具有固定的信息交換拓撲。設(shè)計了基于跟隨者個體的含有待定反饋增益和標量耦合增益的分布式控制協(xié)議，利用LQR

4、方法得到了使得系統(tǒng)可解最優(yōu)包圍控制問題的反饋增益和標量耦合增益所應滿足的條件，仿真結(jié)果表明所有跟隨者均收斂至領(lǐng)導者形成的凸包內(nèi)。
　　3.研究了基于LQR的一類異構(gòu)多智能體系統(tǒng)的最優(yōu)一致性問題。所考慮系統(tǒng)由靜態(tài)領(lǐng)導者、一階跟隨者及二階跟隨者三類智能體組成。在系統(tǒng)位置拓撲圖含有生成樹，且至少有一個二階跟隨者可得到領(lǐng)航者信息的條件下，利用線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)理論和逆優(yōu)化方法得到了系統(tǒng)可解最優(yōu)一致性問題的充分必要條件，也即所設(shè)計控制