多智能体系统的协调预见跟踪控制

发布时间：2020-09-25 18:15

　　 预见控制因其深刻的应用背景而得到了广泛的关注.近年来,更是与不同控制系统相结合取得了长足的发展.本文在预见控制理论和多智能体系统的协调控制理论的基础上,系统地研究了多智能体系统的协调预见跟踪控制问题.主要内容如下:(一)研究了连续时间多智能体系统在有向图上的协调最优预见跟踪控制问题.首先将领导者输出信号可预见的协调跟踪问题转化为一个增广系统的最优调节问题.其次应用标准的连续时间线性系统最优预见控制的结果得到增广系统的控制器,从而得到多智能体系统包含全局输出误差积分和预见补偿作用的状态反馈控制器.最后在证明增广系统可镇定与可检测条件成立的基础上,给出了多智能体系统实现最优跟踪一致性的充分条件.(二)研究了离散时间多智能体系统的协调最优预见跟踪问题.在互联拓扑包含一棵有向生成树的条件下,首先利用状态增广技术把协调跟踪问题转化为一个增广系统的全局最优调节问题.其次应用离散时间线性二次型调节理论的相关结果,给出了使闭环增广系统渐近稳定的控制器.最后由此得到了原系统实现跟踪一致性的全局最优预见控制器.(三)研究了领导者输出为振幅不减小参考信号的协调全局最优预见跟踪问题.首先引入一类分布式的内模,将通信拓扑为含有一棵生成树的协调跟踪问题转化为增广系统的全局最优调节问题.其次应用标准的线性二次型最优预见控制理论,获得了保证增广系统渐近稳定的最优控制器.在证明控制器存在性的基础上,给出了使原始问题可解的充分条件,同时获得了多智能系统具有全局输出误差积分和预见补偿的协调全局最优控制器.(四)研究了上述问题的离散时间情形.首先引入基于预见信息的辅助系统和一类分布式的内模,为每个跟随者建立了一个增广系统.这样便于将协调预见跟踪问题表述为分布式输出调节问题进行处理.其次在证明分布式输出调节问题的可解性和增广系统的可镇定性的基础上,推导出了保证每个跟随者的输出渐近跟踪可预见领导者输出的充分性条件.同时借助于离散时间代数Riccati方程,设计了具有虚拟调节输出积分和预见前馈补偿的分布式动态状态反馈控制律.(五)考虑了连续时间广义多智能体系统的协调最优预见跟踪问题.在有向图包含一棵生成树的假设下,运用无环的假设和状态增广技术,能够证明协调跟踪问题等价于一簇低维广义增广子系统的局部最优调节问题.为设计分布式的最优预见控制器,首先应用受限系统等价技术和预见控制理论获得了降阶正常子系统的最优预见控制器;其次利用受限等价逆关系构造性地导出了基于原始系统矩阵的分布式控制器,同时给出了一个满足广义代数Riccati方程的精确容许解.在证明分布式控制器能够渐近镇定广义增广子系统的基础上,提出了实现全局协调预见跟踪的充分性条件.
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP18;TP13
【部分图文】：

逦北京科技大学博士学位论文逦逡逑足整体目标的控制律．不同的是，分散式控制是将整体任务按某种属性进行逡逑分解，并为每个子任务设计了一个执行任务的子系统［１５，１６］．而分布式控制逡逑的核心是让每个智能体具有和其它智能体交互信息的能力［１７］．在分散式控逡逑制系统中，由于低层子系统的运动方式及其与其他子系统间的协调关系是被逡逑高层系统预先定义好的，因此分散式系统的组织模式有局限性．分布式方法逡逑基于局部信息进行交互，即每个智能体仅与其邻居交换信息，相比于集中控逡逑制和分散控制，这种方法更有前景．关于三种控制的基本结构详见图２．２．逡逑

解决了邋ＬＱＲ的最优预见控制问题和最优预见控制问题．下面以文逡逑［１５２］为例，概述其主要思想和重要结果．逡逑考虑一个包含存储干扰信号％邋（图２．３）的线性系统逡逑（Ｓ）：邋ｘ（ｔ）邋＝邋Ａｘ（ｔ）＋Ｂｕ（ｔ）邋＋邋Ｄｗ（ｔ邋－邋ｈ），邋ｊｃ（０）邋＝邋ｘ０逡逑，．ｆｗ0（ｒ）邋－ｈ＜Ｔ＜０逡逑Ｗ（ｒ）邋＝邋ｉ0邋０＜ｒ逡逑ｗ０ｅＺ２（－／ｊ，０；Ｅ％）逦（２．７８）逡逑其中，ｘ（／）ｅｌＴ是状态；Ｘ。是初始条件；ｗ（／）ｅＲｍ是控制输入；逡逑中的时滞项描述了在区间［0，／？］上存储的千扰％；矩阵NB，５和Ｄ具有适当的逡逑维数．文中给出了如下假设逡逑１）

－／Ｔ邋￥７Ｘ０是预见前馈项．逡逑３．５数值仿真逡逑以文献［８４］中的一种信息交换拓扑为例，如图３．１所示，显然该有向图满逡逑足假设Ａ３．逡逑Ｏ逦＜Ｄ逦＊０逡逑图３．１信息交换拓扑ｇ逡逑取系统（３．１）的系数矩阵为逡逑Ａ邋＝逦，邋Ｂ邋＝逦，邋Ｃ邋＝邋［ｌ邋２］逡逑０－２」邋［0Ｊ邋Ｌ邋Ｊ逡逑利用ＰＢＨ秩判据，容易验证５）的可镇定性和（Ｃ，淘的可检测性．另逡逑外还可验证得到＾邋ｆ是行满秩的，因此假设Ａ２满足．逡逑设四个智能体系统的初始状态分别是逡逑＂０．３０１逦ｒ－０．１５ｌ逦＿邋ｆ0．２２ｌ邋＾逦［－０．１３＂逡逑ｘ，邋（０）邋＝逦，邋ｘ２邋（０）邋＝逦，邋ｘ３邋（０）邋＝逦，邋ｘ．邋（０）＝逡逑１逦［0．２２ｊ逦２逦Ｉ－０＊１２］逦Ｉ０＊１７］逦Ｉ－０＊１５．逡逑与图３．１相应的矩阵Ｚ和Ｍ如下所示逡逑＂０逦０逦０逦０］逦［１逦０逦０逦Ｏ＇逡逑－１逦２逦－１逦０逦０逦０逦０逦０逡逑Ｌ邋—逦

【参考文献】

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本文编号：2826897