输入饱和多智能体系统的半全局鲁棒及输出一致性

发布时间：2020-09-14 18:20

　　作为分布式协同控制的基本问题,多智能体系统一致性问题得到了控制领域内学者们的广泛关注。一致性相关理论被广泛应用于多机器人系统编队控制、多智能车系统协同运动控制、多卫星系统姿态控制和传感器网络分布式信息融合等诸多方面。多智能体系统的一致性是指,系统中各个智能体通过分布式的控制算法,依靠经网络获得的局部信息,使得其状态或输出能够达成一致。根据系统中领航者的数量,一致性问题可分为无领航一致性问题、领航跟随一致性问题和包含控制问题。对于异构多智能体系统,其中领航者和跟随者由不同的动力学方程描述,跟随者需要跟踪领航者产生的参考信号,并抑制领航者产生的扰动信号。异构多智能体系统对应的一致性问题称为输出一致性问题,且可根据系统中领航者的数量分为领航跟随输出一致性问题和输出包含控制问题。由于执行器饱和现象在实际工程系统中广泛存在,研究执行器饱和下的多智能体系统一致性问题兼具理论及工程应用的意义。本文考虑了标准饱和执行器和非完美执行器(imperfect actuators)两种执行器饱和情况,并以低增益反馈(low gain feedback)一致性控制策略为核心,研究了输入饱和多智能体系统的半全局一致性问题、鲁棒半全局一致性问题及半全局输出一致性问题。论文的主要工作及研究成果如下:1.非完美执行器多智能体系统的鲁棒半全局一致性。非完美执行器的输入输出特性包含了饱和、死区以及参数不确定性等非线性特性。此外,智能体还受到可叠加扰动的影响。在强连通细平衡的通信拓扑下,我们利用高低增益反馈和低增益变结构控制两种方法实现非完美执行器多智能体系统的鲁棒半全局领航跟随一致性。此外,当智能体(跟随者)间的通信拓扑可用无向图表示时,我们利用高低增益反馈法实现非完美执行器多智能体系统的鲁棒半全局无领航一致性(鲁棒半全局包含控制)。2.输入饱和离散多智能体系统的半全局一致性。系统中智能体的执行器非线性特性可用标准饱和函数来描述。我们利用一种改进的离散参数黎卡提方程,设计低增益反馈一致性算法,分别解决了输入饱和离散多智能体系统在有向通信拓扑下的半全局领航跟随一致性问题、半全局无领航一致性问题和半全局包含控制问题。3.输入饱和异构多智能体系统的半全局输出一致性。输出一致性问题的主要难点在于跟随者为了跟踪领航者的输出轨迹,在控制器设计时必须要知道领航者的状态信息。而领航者不可能是每一个跟随者的邻居,所以我们为跟随者设计了分布式领航者状态观测器,来估计领航者的状态。基于分布式领航者状态观测器设计的低增益反馈一致性算法可以实现输入饱和异构多智能体系统的半全局领航跟随输出一致性和半全局输出包含控制。4.输入饱和异构离散多智能体系统的半全局输出一致性。在输出一致性问题的研究中,分布式领航者状态观测器的设计是关键问题之一。连续时间系统的高增益分布式领航者状态观测器并不适用于离散时间系统。因此我们构造了一个不依赖于高增益的离散型分布式领航者状态观测器。依据此状态观测器设计的低增益反馈一致性算法可以实现输入饱和异构离散多智能体系统的半全局领航跟随输出一致性和半全局输出包含控制。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP13

【参考文献】