多智能体系统的一致性及编队控制研究

发布时间：2017-08-17 08:44

  本文关键词：多智能体系统的一致性及编队控制研究

  更多相关文章： 多智能体系统 一致性 编队控制 输入饱和 非线性动力学 集群运动

【摘要】：多智能体系统是复杂网络研究领域的一个重要分支。近年来,由于多智能体系统一致性问题在工程上的广泛应用,其受到了越来越多来自物理、数学、计算机、系统控制、生物以及社会学等领域科学家的关注。一致性问题的研究难点不仅包括分布式控制器的设计、保持网络连通性以及避碰,而且也包括个体具有自身非线性动力学或者系统受到输入或者边界约束的情况。本文针对上述多智能体系统建模、分析、控制与决策中的关键性问题进行了深入研究,主要成果如下： 自由空间内的多智能体系统往往需要足够大小的控制力来保证网络连通以及避碰,然而太大的控制力在工程应用中是不现实的,由此提出了保证多智能体网络连通及避碰的最小控制力估计算法。进一步应用该控制算法计算出多种集群行为(包括蜂拥、群集以及速度不可测量环境下的群集)相应的最小控制力。另外,当该控制力不足以维持网络连通时,多智能体系统具有分裂现象。据此研究了具有切换速度网络拓扑的多智能体系统分裂为两个运动方向互为相反子群体的二分群集问题。该工作对于人类的恐慌逃离行为以及生物界的捕食-被捕食行为具有启发性。 考虑工程应用中节约资源和成本的需要,多智能体系统中个体往往只能测量相对位移信息。据此研究了具有领导者的非线性二阶积分器多智能体系统,在局部Lipschitz条件下使得多智能体系统达到半全局一致性。更有趣的是通过设计初始编队可以控制系统的最终构型。进一步,考虑工程系统总是受到执行器物理限制的事实,针对具有输入饱和以及有向切换网络拓扑条件的线性多智能体系统,通过设计基于观测器的分布式控制器,利用代数图论以及Lyapunov稳定性理论证明了在较小的控制增益强度下系统能够达到半全局一致性,因此具有较好的实际工业应用潜力。 针对二维有界空间内移动的多智能体系统,在联合连通性条件假设下,利用边界反弹控制力设计了分布式控制器从而使得系统中所有个体达到速度一致。进而在没有全局信息条件下研究了多机器人系统的循环往复涡旋运动控制问题。在这些理论算法基础上,应用多个Amigobot机器人在具有反弹边界的矩形区域内实现了群集以及椭圆编队构型控制。 最后对全文进行了归纳总结,并对多智能体系统的一致性及编队控制问题的进一步研究和发展方向进行了展望。
【关键词】：多智能体系统 一致性 编队控制 输入饱和 非线性动力学 集群运动
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP18;O157.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 引言9-13
• 1.2 多智能体系统的一致性及编队控制研究现状13-16
• 1.3 预备知识16-21
• 1.4 本文的主要内容概述21-23
• 2 多智能体网络连通性保持和避碰的最小控制力23-41
• 2.1 引言23-24
• 2.2 问题描述24-26
• 2.3 最小控制力估计算法及稳定性分析26-32
• 2.4 典型群集行为的最小控制力估计算法32-36
• 2.5 数值仿真36-40
• 2.6 本章小结40-41
• 3 多智能体系统的二分群集问题41-55
• 3.1 引言41-42
• 3.2 问题描述42-45
• 3.3 二分群集控制算法及稳定性分析45-50
• 3.4 数值仿真50-54
• 3.5 本章小结54-55
• 4 非线性二阶多智能体的半全局一致性控制55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 问题描述55-57
• 4.3 半全局一致性控制算法及稳定性分析57-64
• 4.4 数值仿真64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 5 具有输入饱和约束的多智能体系统半全局一致性控制67-77
• 5.1 引言67-68
• 5.2 问题描述68-70
• 5.3 分布式半全局一致性控制算法及稳定性分析70-74
• 5.4 数值仿真74-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 有界空间内的多智能体群集算法和多机器人实验77-88
• 6.1 引言77-78
• 6.2 问题描述78-80
• 6.3 有界空间内的多智能体系统群集算法及稳定性分析80-82
• 6.4 多Amigobot机器人编队实验82-87
• 6.5 本章小结87-88
• 7 循环往复的多机器人自组织编队控制88-102
• 7.1 引言88-89
• 7.2 问题描述89-91
• 7.3 循环往复的自组织运动构型控制算法及稳定性分析91-98
• 7.4 数值仿真及多Amigobot机器人编队实验98-101
• 7.5 本章小结101-102
• 8 总结与展望102-104
• 8.1 全文回顾102
• 8.2 未来展望102-104
• 致谢104-105
• 参考文献105-114
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录114-116
• 附录2 攻读博士学位期间参与的科研项目116-117
• 附录3 公开发表的学术论文与博士学位论文的关系117

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 洪奕光;翟超;;多智能体系统动态协调与分布式控制设计[J];控制理论与应用;2011年10期

2 杨飞飞;;二阶多智能体系统快速一致性分析[J];今日科苑;2011年03期

3 仲宇,顾国昌,张汝波;多智能体系统中的分布式强化学习研究现状[J];控制理论与应用;2003年03期

4 王晓丽;洪奕光;;多智能体系统分布式控制的研究新进展[J];复杂系统与复杂性科学;2010年Z1期

5 顾建忠;杨洪勇;;带有不确定性多智能体系统的分散自适应协调控制(英文)[J];工程数学学报;2012年05期

6 周艳杰;曹显兵;莫立坡;;不确定二阶多智能体系统的鲁棒最优一致[J];数学的实践与认识;2012年21期

7 罗小元;邵士凯;关新平;赵渊洁;;多智能体系统最优持久编队自动生成[J];控制理论与应用;2013年02期

8 李俊兵;严卫生;房新鹏;;离散多智能体系统信息一致性的平衡点[J];控制理论与应用;2013年04期

9 高彦平;刘波;左敏;姜同强;;一阶多智能体系统的一致性分析[J];数学的实践与认识;2013年10期

10 何铭凯;黄子轩;柯承宇;朱爱娟;;时延二阶多智能体系统的领导者-跟随一致性[J];河南科技;2013年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨熙;王金枝;;多智能体系统一致性的鲁棒性分析[A];第五届全国复杂网络学术会议论文（摘要）汇集[C];2009年

2 张亚;田玉平;;离散时间多智能体系统一致的权重条件[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

3 张文广;郭振凯;;一类高阶多智能体系统的一致控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

4 肖晴;许维胜;吴启迪;;多智能体系统用于企业集成[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

5 杨熙;王金枝;;Leader-Follower结构下多智能体系统一致性的鲁棒性能分析[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

6 刘华罡;方浩;毛昱天;曹虎;贾睿;;多智能体系统分布式群集运动与避障控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

7 贺晨龙;黄丽湘;张继业;;多车辆编队协作控制[A];第十一届全国非线性振动学术会议暨第八届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2007年

8 薛栋;姚静;余有灵;胡俊杰;;具有切换拓扑和非线性环节的关联多智能体系统一致性分析[A];第五届全国复杂网络学术会议论文（摘要）汇集[C];2009年

9 杨洪勇;路兰;李晓;;时延多智能体系统的群集运动[A];第五届全国复杂网络学术会议论文（摘要）汇集[C];2009年

10 李韬;张纪峰;;一类多智能体系统的渐近最优分散控制[A];第25届中国控制会议论文集（上册）[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王振华;具有通信时滞的线性多智能体系统的趋同[D];山东大学;2015年

2 郑宝杰;多智能体系统若干包含控制问题研究[D];郑州大学;2015年

3 张方方;多智能体系统分布式优化控制[D];山东大学;2015年

4 龙晓军;多智能体系统的有限时间一致性跟踪[D];大连海事大学;2015年

5 杨新荣;广义多智能体系统的一致性问题研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 夏红;多智能体系统群一致性与编队控制研究[D];电子科技大学;2014年

7 李金沙;多智能体系统一致性学习协议的设计与分析[D];西安电子科技大学;2015年

8 黄捷;高阶非线性多智能体系统一致性控制研究[D];北京理工大学;2015年

9 杨大鹏;多智能体系统的事件驱动一致性控制与多Lagrangian系统的分布式协同[D];北京理工大学;2015年

10 范铭灿;多智能体系统的一致性及编队控制研究[D];华中科技大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 孟亚伟;一类具有时滞和领导者的二阶多智能体系统的一致性[D];重庆师范大学;2013年

2 刘孝琪;多智能体系统一致性及其在蜂拥控制中的应用研究[D];电子科技大学;2013年

3 王琛阳;带领导者的多智能体系统一致性问题研究[D];河北大学;2015年

4 陈小龙;基于量化信息的多智能体系统状态估计[D];西南交通大学;2015年

5 王航飞;基于事件驱动的多智能体系统的环形编队控制研究[D];华北电力大学;2015年

6 陈文秀;离散时间广义多智能体系统的容许一致性[D];温州大学;2015年

7 张文涛;多智能体系统分布式协调控制的相关问题研究[D];浙江师范大学;2015年

8 曹伟俊;带有扰动的多智能体系统的一致性研究[D];北京化工大学;2015年

9 成照萌;多智能体系统的模型预测控制[D];华中科技大学;2015年

10 张贺;基于随机影响的多智能体系统的一致性与同步[D];重庆理工大学;2015年

，

本文编号：688111