异构多智能体协同控制及在直流微网中的应用

发布时间：2020-07-04 18:41

【摘要】：多智能体协同控制理论广泛应用于诸如多机编队、微电网功率分配等应用场景。现实中的多智能体具有异构性且多智能体间的网络通信常呈现非连续性,因此,开展非连续通信约束下异构多智能体协同控制研究具有重要理论意义和潜在应用价值。鉴于此,本文以一般化异构多智能体系统为对象,围绕协同控制及其在直流微电网中的应用两方面开展研究。主要研究内容包括:针对一类不完全可控的异构多智能体系统在联合连通网络下的输出一致性问题,提出了分层控制设计框架。上层采用最优控制方法设计虚拟系统的协同控制策略用于生成参考轨迹,下层采用输出调节方法设计跟踪控制器用于跟踪参考轨迹。借助切换系统理论,建立了异构系统实现输出一致性的判别准则。仿真实验验证了理论结果的有效性。分层控制框架可同时适用于同构和异构多智能体系统,提供了灵活的控制器设计方案。针对连续时间异构多智能体系统在离散通信下的输出编队包含问题,基于上述分层控制框架,设计了分布式脉冲协同控制策略。该控制策略仅在离散时刻与邻居进行信息交换,具有通信负荷低的优势。借助混杂系统理论,建立了异构多智能体实现编队包含控制的判别准则,揭示了多智能体间平均通信时间上界对编队包含行为的影响。仿真结果验证了所设计控制策略的有效性。针对离散时间异构多智能体系统在差分隐私指标下的平均输出一致性问题,基于上述分层控制框架,设计了高斯噪声扰动的分布式协同控制策略。该控制策略分别从通信传输数据和一致性收敛结果两个差分隐私指标上保障了异构智能体对初值信息的隐私保护。借助离散系统稳定性分析理论,建立了系统收敛性、隐私保护性的相关准则。该准则揭示了算法收敛速率与异构系统动力学、通信网络拓扑以及噪声衰减系数之间的关系,同时也揭示了通信网络拓扑和隐私保护强度之间的内在关联。仿真结果验证了理论结果的有效性。针对直流微电网系统在离散通信下的均流协同控制问题,基于分层控制设计框架,设计了脉冲协同均流控制器。所设计的控制器能够快速调节直流总线电压和各分布式发电单元的输出电流,且仅在离散时刻与邻居进行信息交换,具有通信负荷低的优势。借助混杂系统理论,建立了直流微电网系统实现均流控制的判别准则。该准则揭示了分布式发电单元间平均通信时间上界对均流控制的影响。文中分别给出了数值仿真平台和半实物平台上的仿真结果,验证了脉冲均流控制器的有效性。针对模型参数未知的直流微电网系统在离散通信下的均流控制问题,结合分层控制设计框架,设计了基于强化学习方法的均流博弈控制策略。该控制策略采用了离散时间通信方式,且可确保每个分布式发电单元在协同过程中达到纳什均衡状态。借助人工神经网络,实现了强化学习控制器设计与迭代更新。仿真结果验证了所设计控制器的有效性,并揭示了随着学习次数的增加,直流微电网的调控效果越来越好。针对模型参数未知的直流微电网系统在离散通信下的最优功率控制问题,结合分层控制框架,设计了基于强化学习的最优功率控制策略。上层采用经济调度算法,得到最优的功率分配方案,下层采用强化学习算法,调节直流微电网的分布式发电单元跟踪上最优的功率分配方案。该策略可以自适应地学习并补偿实际输出功率与优化层中计算得到的最优功率分配方案之间的不匹配,并能够自适应地根据微电网的实时网损进行控制参数的调节。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM727;TP13
【图文】：

舰队,协同控制,异构,多智能体系统

中科技大学博士学位论制中，考虑到智能体动力学特性的差异，“异构多智能体异构多智能体系统的协同控制旨在考虑动力学差异的情况。在实际应用中，存在着大量的应用场景，例如航空母舰、队巡航系统（如图 1.1 所示）；有人机与小型无人机组成的所示）；分布式可再生能源接入的微电网系统（如图 1.3 所性设计有效的协同控制器，特别在考虑网络通信拓扑切换、信条件下设计协同控制器，是目前开展异构多智能体系统战。

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所示）；分布式可再生能源接入的微电网系统（如图 1.3 所性设计有效的协同控制器，特别在考虑网络通信拓扑切换、信条件下设计协同控制器，是目前开展异构多智能体系统战。图 1.1 舰队的编队巡航

【参考文献】