多智能体系统协同控制若干问题研究

发布时间：2017-03-25 01:12

  本文关键词：多智能体系统协同控制若干问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：智能体这一概念是对各种物理实体的抽象。智能体是指那些本身具有一定思维或计算能力,能感知周围环境并对周围环境(包括其他智能体)产生反作用的个体。与研究单一智能体不同的是,在研究多智能体系统问题时,我们感兴趣的是这些智能体如何在自身“智能”有限的背景下,通过设计分布式协调控制协议,使系统产生整体的协同行为。多智能体系统的协同行为表明：尽管智能体之间没有进行集中统一的协调,但它们的行为(或状态)仍可以趋于一致。一致性问题是多智能体系统协调控制中一个重要又基本的问题。如果仅从目标来看,一致性问题与被物理学界,生物学界等广泛研究的耦合系统的同步问题十分相似。但一致性问题着眼的焦点,以及研究一致性问题所采用的理论工具,都与耦合系统同步问题有着很大的区别。首先,一致性问题侧重于研究间歇性网络,在间歇性网络中,每个智能体接收的来自于邻居的信息是间歇性的,并且间歇的时间不可预测,这一特点很好地刻画了诸如鸟群,鱼群等多智能体系统产生协同行为所依赖的交互模式。其次,正是由于间歇性网络假设,研究一致性问题的理论工具已经不再局限于传统线性控制理论中的极点配置,以及二次型Lyapunov函数等方法,而是需要更新颖的理论.本文在介绍目前被广泛使用的三种重要的一致性协议的基础上(包括一阶协议,无源性协议和一般高阶协议),对这些方法作了进一步的阐发,得到了一些新的结果。本论文的主要工作如下：1.设计了一类针对非线性系统的一阶一致性协议。该协议的优点在于它能够兼容一致联合连通的通信条件以及未知的时变传输延时。2.研究在一致联合连通的通信条件下的一阶协议的收敛速率,给出了单一权值离散型一阶协议的收敛速率的下界估计值。并且,本文给出了在单一权值条件下使得连通度最小化的网络连接拓扑(在Scrambling常数意义下)。3.设计了一类基于逻辑切换的无源性协议。通过逻辑切换,有选择地令“邻居”间的通信保持畅通或关闭,多智能体系统的输出最终趋向于一致。该协议的优点也在于它能够兼容一致联合连通的通信条件以及未知的时变传输延时。4.研究了多智能体系统的“两两输出同步”问题,也就是系统中的每一对个体的每一对输出信号均同步,两对不同的同步输出信号可以不同。该问题可视为是一般输出同步问题的推广。本文采用的也是基于无源性的一致性协议。5.研究了基于输出调节理论的多智能体协作控制问题。该问题的目标是,在相互协作的模式下,设计基于邻居信息的控制律使得多智能体的输出渐近跟踪一个共同的外部信号。本文设计的控制律适用于固定的网络连接拓扑。文中分别研究了状态空间模型下以及传递函数模型下的协作输出调节问题。在状态空间模型下,本文采用的理论方法是代数图论和H∞控制理论；在传递函数模型下,采用的主要理论方法是复增益根轨迹。
【关键词】：多智能体 一致性 输出调节 切换拓扑 传输延时 非线性系统 无源系统
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP13
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 缩写、符号清单、术语表14-17
• 1 绪论17-37
• 1.1 本课题的研究背景17-20
• 1.2 非负矩阵和图论基础20-23
• 1.3 一阶协议23-32
• 1.4 无源性协议32-34
• 1.5 一般高阶协议34-36
• 1.6 本文的工作36-37
• 2 基于非线性变换的一阶一致性协议37-54
• 2.1 引言37-39
• 2.2 一阶协议的一致性39-40
• 2.3 自由系统的描述40-41
• 2.4 主要结论41-45
• 2.5 某些非线性系统的一致性协议45-50
• 2.6 仿真实验50-52
• 2.7 本章小结52-54
• 3 一阶协议的收敛速率估计54-66
• 3.1 引言54-55
• 3.2 单一权值有向图的特征值上界估计55-60
• 3.3 一致性收敛速率的下界60-65
• 3.4 本章小结65-66
• 4 针对传输延时和切换拓扑的无源性协议66-79
• 4.1 引言66-67
• 4.2 源系统与PS系统67
• 4.3 主要结论67-69
• 4.4 定理4.1的证明69-74
• 4.5 相对阶为一的最小相位系统的输出一致性74-76
• 4.6 仿真实验76-77
• 4.7 本章小结77-79
• 5 时变通信环境中的两两输出同步问题79-91
• 5.1 引言79-80
• 5.2 问题的提出80-81
• 5.3 两两输出同步81-86
• 5.4 状态同步86-87
• 5.5 仿真实验87-88
• 5.6 本章小结88-91
• 6 协作输出调节问题研究91-119
• 6.1 引言91-93
• 6.2 状态空间模型93-106
• 6.3 频域模型与理论106-116
• 6.4 本章小结116-119
• 7 全文总结与研究展望119-121
• 7.1 全文总结119-120
• 7.2 未来研究工作展望120-121
• 参考文献121-131
• 攻读学位期间主要研究成果131

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