多智能体系统的多一致性与多跟踪性研究

发布时间：2017-04-18 13:00

  本文关键词：多智能体系统的多一致性与多跟踪性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多智能体系统的分布式协同控制在国民经济和社会发展具有广阔的应用前景,如水下航行器的编队控制、传感器网络的自主配置、人造卫星的姿态控制等。当多个智能体协同完成一项复杂任务时,受任务需求及内外部环境等因索的影响,多智能体系统在一些阶段呈现多个协同状态。多协同控制的关键是设计适当的分布式控制协议。本文针对二阶多智能体系统的多一致与多跟踪问题,在充分考虑算法实用性、时间复杂度和空间复杂度的基础上,设计有效的分布式控制协议。该研究不仅具有重要的理论意义,而且对指导工程问题具有实用价值。主要工作如下： 针对多智能体系统的多一致问题,引入了智能影响因子的概念来描述智能体之间的作用机制,包括竞争、弃权与合作三种特性。设计了三个分布式线性控制协议和一个分布式脉冲控制协议,每个智能体的控制输入仅需要自身以及部分邻居智能体的状态信息,且分布式脉冲控制协议仅使用了位置采样数据。在智能体速度有界的情况下,讨论了二阶多智能体系统可能存在的多一致形式,并分别给出了实现每种多一致的充要条件。多智能体系统实现多一致的反馈增益和采样周期不、仅依赖于控制协议矩阵的特征值实部,还与其虚部相关；脉冲控制周期不仅存在一个正上界,也可能存在一个正下界。 针对脉冲控制在多智能体系统中的实际应用,研究了矩形波控制下二阶离散时问多智能体系统的多一致问题。在勒贝格-斯蒂尔吉斯测度下,基于矩形波控制在一个采样周期内的积分与实现多一致的脉冲控制在一个采样周期内的积分相等原则,设计了三个分布式矩形波控制协议,得到了多智能体系统分别实现三类多一致时控制参数需要满足的充要条件。 针对多智能体网络的节点在智能方面存在差异,引入了智能度的概念,在多智能体网络不分组的情况下,研究了二阶连续时间多智能体系统的多一致问题。设计了三个仅在采样时刻需要位置或速度数据的分布式切换脉冲控制协议,推导了实现三类多一致的充要条件及多一致状态的解析表达式,且该充要条件是关于通信拓扑的有向图条件。 具有时变参考速度的跟踪控制通常采用变结构方法,但是它处理采样数据下的跟踪控制具有一定的难度。针对采样数据下多智能体系统的多跟踪问题,提出了分布式脉冲控制策略,仅使用了智能体的位置采样数据和期望轨道的位置采样数据。分别讨论了期望速度是常数和时变的两种情况,推导了多智能体系统实现匀速多跟踪和有界变速多跟踪的充要条件,且可以调节采样周期将有界变速多跟踪的最终跟踪误差控制在系统能容忍的范围内。 针对多智能体系统存在不确定非线性动力学和外部干扰等,研究了二阶连续时间异质多智能体系统的鲁棒多跟踪问题,设计了一个分布式脉冲控制协议,期望轨道的位置和速度信息仅在采样时刻获取。多智能体系统实现多跟踪的误差系统可以分解为一个零扰动脉冲系统和一个非零扰动脉冲系统；通过引入一个标称脉冲系统,分析了误差系统的收敛性,结果表明误差系统的解最终进入一个有界闭集内。
【关键词】：多智能体系统 多一致性 多跟踪性 智能影响因子 智能度 脉冲控制
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 主要符号对照表11-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 研究背景及意义12-15
• 1.2 多智能体系统的国内外研究现状15-24
• 1.3 本文研究内容与组织结构24-26
• 2 二阶连续时间多智能体系统的多一致性26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 代数图理论26-28
• 2.3 多一致问题描述28-29
• 2.4 具有混杂智能特性的多一致性协议29-31
• 2.5 多一致性分析31-35
• 2.6 数值仿真35-37
• 2.7 本章小结37-38
• 3 基于位置采样数据的多智能体系统的脉冲多一致性38-56
• 3.1 引言38-39
• 3.2 相关定义与引理39-40
• 3.3 基于位置采样数据的多一致性脉冲控制协议40-44
• 3.4 多一致性分析44-52
• 3.5 数值仿真52-55
• 3.6 本章小结55-56
• 4 矩形波控制的多智能体系统的多一致性56-70
• 4.1 引言56-57
• 4.2 分布式矩形波控制协议57-59
• 4.3 多一致性分析59-65
• 4.4 数值仿真65-69
• 4.5 本章小结69-70
• 5 具有混杂智能特性的多智能体系统的多一致性70-83
• 5.1 引言70
• 5.2 多一致问题描述70-71
• 5.3 分布式切换脉冲控制协议71-73
• 5.4 多一致性分析73-79
• 5.5 数值仿真79-82
• 5.6 本章小结82-83
• 6 脉冲控制的多智能体系统的多跟踪性83-100
• 6.1 引言83-84
• 6.2 多跟踪问题描述84-85
• 6.3 基于位置采样数据的多跟踪性脉冲控制协议85-87
• 6.4 收敛性分析87-96
• 6.5 数值仿真96-99
• 6.6 本章小结99-100
• 7 具有不确定性的异质多智能体系统的鲁棒多跟踪性100-114
• 7.1 引言100-101
• 7.2 相关定义与引理101-102
• 7.3 有界多跟踪问题描述102-104
• 7.4 有界多跟踪性分布式脉冲控制协议104-106
• 7.5 收敛性分析106-111
• 7.6 数值仿真111-113
• 7.7 本章小结113-114
• 8 总结与展望114-117
• 8.1 本文主要工作114-115
• 8.2 本文创新点115-116
• 8.3 研究展望116-117
• 致谢117-118
• 参考文献118-131
• 附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表论文目录131-133
• 附录Ⅱ 攻读博士学位期间参与的科研项目133-134
• 附录Ⅲ 公开发表的学术论文与博士学位论文的关系134

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