低階多智能體系統(tǒng)分析與控制協(xié)議設(shè)計.pdf

1、多智能體系統(tǒng)是一類非常重要并且在現(xiàn)實(shí)中廣泛存在的動態(tài)系統(tǒng)，描述的是多個智能體間通過信息共享、協(xié)調(diào)合作，任務(wù)分派等來完成一件復(fù)雜任務(wù)的動力系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有資源共享、協(xié)調(diào)性好、分布性高、自主性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且由于各個個體能夠通過協(xié)調(diào)合作來解決大規(guī)模的復(fù)雜性問題，因此該系統(tǒng)獲得相當(dāng)多研究人員的青睞。隨著工業(yè)生產(chǎn)的需要以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，近二三十年來，多智能體系統(tǒng)已經(jīng)取得了極大的進(jìn)展。在一致性問題、Flocking問題、分組同步問題等方面

2、取得了相當(dāng)多的理論研究成果，并被應(yīng)用于無人飛行器的編隊，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合，多機(jī)器人的協(xié)調(diào)合作等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究中來。
　　 本論文將分別針對多智能體系統(tǒng)中的一致性問題、Flocking問題、分組同步問題來研究控制協(xié)議的設(shè)計與分析。主要包含如下五個部分內(nèi)容:
　　 第一部分介紹了圖論及Hamilton系統(tǒng)中的一些基本的概念與定理。對于多智能體系統(tǒng)的理論研究，該部分知識是非常重要的。此外，為了便于理解，該部分還給出了一些本論

3、文用到的符號。
　　 第二部分研究了有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下一階多智能體系統(tǒng)的一致性問題。對于固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本章提出了一個狀態(tài)空間分解的研究方法，利用該方法不僅得到了一個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致的充分必要條件，而且給出了一個確定系統(tǒng)最終收斂狀態(tài)的一致性算法;對于任意切換下的有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本章給出了一個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致的充分條件，實(shí)例仿真表明本部分提到的研究思想及方法對于一階多智能體系統(tǒng)的一致性問題是非常有效的。
　　 第三部分研究了有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下

4、二階多智能體系統(tǒng)的一致性問題。對于固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用上章提及的狀態(tài)空間分解方法，多智能體系統(tǒng)被分解為兩個相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，并證明了原系統(tǒng)的一致性與第二個子系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性相互等價，利用該等價關(guān)系確定了控制協(xié)議的參數(shù)范圍。此外，利用狀態(tài)空間分解的方法，確定了系統(tǒng)最終的收斂速度。對于基于平衡圖的任意切換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出了一個該控制協(xié)議下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一致的充分條件。仿真模擬表明本部分提及的控制協(xié)議控制效果非常有效。
　　 第四部分研究了Ha

5、milton結(jié)構(gòu)下多智能體系統(tǒng)的Flocking控制問題。本章基于Hamilton系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，根據(jù)系統(tǒng)的總能量函數(shù)設(shè)計了兩類Flocking控制協(xié)議，在該協(xié)議下將二階多智能體系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為耗散Hamilton結(jié)構(gòu)，利用耗散Hamilton系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征確定出各個智能體間的速度關(guān)系。最后，利用智能體間的勢能函數(shù)確定各個智能體間的相對位置，仿真模擬結(jié)果表明本部分的設(shè)計對于Flocking問題的實(shí)現(xiàn)是行而有效的。
　　 第五部分研究了

6、二部圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下一階多智能體系統(tǒng)的分組同步問題。對于無向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本章利用智能體間的競爭關(guān)系，給出了一個系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分組同步的控制協(xié)議，并證明了該控制協(xié)議下，系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題;此外，本章還考慮了系統(tǒng)中含有時滯的情形，并給出了實(shí)現(xiàn)分組同步時系統(tǒng)所能容許的最大時滯。對于有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本章給出了一個基于競爭的控制協(xié)議以及一個智能體間同時存在合作與競爭的控制協(xié)議，并證明了這兩類控制協(xié)議下系統(tǒng)均能實(shí)現(xiàn)分組同步的目的，且相同條件下，第二個協(xié)議能更快速地

7、實(shí)現(xiàn)收斂行為。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點(diǎn):
　　 首次提出狀態(tài)空間分解的研究方法，并將該方法應(yīng)用于多智能體系統(tǒng)一致性問題的研究該研究方法不僅得出了固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下系統(tǒng)一致的充分必要條件，而且根據(jù)初始條件系統(tǒng)最終的收斂狀態(tài)得以確定。此外，利用該方法可以處理切換情形下一些有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一致性問題。
　　 首次基于Hamilton框架來研究多智能體系統(tǒng)的Flocking問題，應(yīng)用Hamilton系統(tǒng)良好的結(jié)構(gòu)特征和耗散性