多智能体系统的协同一致性及应用研究

发布时间：2017-10-02 05:24

  本文关键词：多智能体系统的协同一致性及应用研究

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【摘要】：随着计算机科学、网络通讯及传感器技术的发展,多智能体系统(MAS)的控制问题受到了越来越多科研人员的关注,对MAS系统的分布式协同一致性研究及相关应用也成为了当今控制领域研究的热点问题。MAS系统由多个同构或异构的智能体(Agent)组成,智能体之间通过一定的通讯链路实现信息互享。MAS系统的协同一致性,则是通过设计分布式网络控制协议,使各智能体的状态或输出趋于一致。MAS系统的分布式网络控制协议主要包括一阶协议和二阶协议。相对而言,二阶协议可以实现各智能体的位移和速度同时趋于一致,因此更具实用性和代表性,其相应的一致性要求也更为严格。然而,现有的协同一致性协议的受控系统大多是连续系统,而在实际应用中,网络通讯带宽是有限的且数据的通讯传输都采用离散采样的形式,故而研究离散的分布式控制协议更具应用价值。此外,由于实际的分布式控制系统中,有限的通讯带宽必然带来通讯时延,且除了具有离散形式的通讯模块之外,还有其他的连续动力系统模块,因此研究混杂的分布式控制协议已势在必行。基于上述分析,本文针对一类通讯链路不确定的离散MAS动力系统,设计了一种基于有限时间迭代的分布式网络控制协议,结果表明,只要有向通讯网络拓扑图含有一棵有向生成树,且迭代增益矩阵满足一定的收敛性条件,则各智能体的运行状态可以在有限的迭代步内趋于一致。在上述研究基础上,本文进一步针对一类混杂MAS系统,设计了带有时变通讯时延的分布式脉冲控制协议,并将其应用到微电网的二级电压频率调控中,结果表明,只要各控制变量的有向通讯网络拓扑图满足一定的连通性条件,即使在通讯时延大于脉冲区间长度的情况下,受控系统依然保持稳定。此外,通过对不同的网络通讯拓扑结构进行仿真分析,我们得出在具有相同链接权值和通讯时延条件下,受控系统在星型通讯拓扑图下的收敛速度最快,树形通讯拓扑图次之,而环形连接拓扑图最慢。这与各类别的通讯拓扑结构的连通度有关,星型拓扑结构具有最高的连通度,但其对单点失效的鲁棒性也最差,这就需要在系统收敛速度和连边失效的鲁棒性之间统筹决策。
【关键词】：多智能体 一致性 微电网 脉冲控制 有限时间迭代
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP18
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景与意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 MAS系统的分布式协同控制协议13-14
• 1.3.1 一阶分布式控制协议13-14
• 1.3.2 二阶分布式控制协议14
• 1.4 本文的研究内容及意义14-16
• 第2章 MAS系统协同一致性的方法16-22
• 2.1 引言16
• 2.2 预备知识16-18
• 2.2.1 网络图理论16-17
• 2.2.2 矩阵论17-18
• 2.3 协同一致性行为18-21
• 2.3.1 Boid模型的一致性行为18-19
• 2.3.2 Couzin模型的一致性行为19
• 2.3.3 聚集与蜂拥行为19-20
• 2.3.4 同步运动20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 含不确定通讯链路的MAS系统的有限时间分布式控制22-36
• 3.1 引言22-26
• 3.1.1 有限时间控制概念22-24
• 3.1.2 不确定通讯链路24
• 3.1.3 迭代算法简介24-26
• 3.2 MAS系统的有限时间分布式控制协议26-30
• 3.2.1 模型的建立26-28
• 3.2.2 一致性迭代算法设计28-30
• 3.3 数值仿真30-34
• 3.3.1 固定拓扑结构仿真30-32
• 3.3.2 含不确定通讯链路的变拓扑结构仿真32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第4章 带时延的分布式脉冲控制算法和应用36-55
• 4.1 引言36-43
• 4.1.1 脉冲控制简介36-38
• 4.1.2 微电网简介38-41
• 4.1.3 微电网二级控制简介41-43
• 4.2 微电网的二级分布式脉冲控制43-47
• 4.2.1 电压的调节与频率的恢复43-46
• 4.2.2 有功功率共享46-47
• 4.3 数值仿真47-53
• 4.3.1 有效性验证48-50
• 4.3.2 参数分析50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 结论和展望55-57
• 一、论文工作总结55-56
• 二、工作展望56-57
• 参考文献57-63
• 致谢63-64
• 附录A 攻读硕士学位期间的研究成果64-65
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目65

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本文编号：957820