多智能體網(wǎng)絡(luò)的一致性問題研究.pdf

1、多智能體網(wǎng)絡(luò)的一致性與穩(wěn)定性是復(fù)雜系統(tǒng)的兩種主要?jiǎng)恿W(xué)行為,同時(shí)也是復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的前提與根本性問題。隨著多智能體網(wǎng)絡(luò)的一致性問題在諸如無人機(jī)、無人駕駛車輛、大規(guī)模分布式移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的自主配置、衛(wèi)星的姿態(tài)控制以及網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,其已成為了眾多領(lǐng)域研究學(xué)者們所共同關(guān)注的熱點(diǎn)與前沿研究問題之一。所謂一致性是指在沒有中央?yún)f(xié)調(diào)控制與全局通信的情況下,智能體間通過局部的耦合,使得所有智能體的某個(gè)感興趣的狀態(tài)最終趨于一致。研究多智

2、能體網(wǎng)絡(luò)的分布式協(xié)調(diào)控制,不僅僅只是為了揭示自然界中客觀存在的生物群集現(xiàn)象的內(nèi)在規(guī)律,更重要的是通過對(duì)其內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí),從而更好地理解復(fù)雜系統(tǒng),更好地為人類社會(huì)生活服務(wù)。本文在已有研究工作的基礎(chǔ)上,運(yùn)用代數(shù)圖論、矩陣?yán)碚?、控制理論、穩(wěn)定性理論以及分布式相關(guān)理論等知識(shí),分別討論了多智能體網(wǎng)絡(luò)在時(shí)滯影響下的一致性問題、分組一致性問題以及牽制控制一致性等問題。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　⑴在多智能體網(wǎng)絡(luò)中,智能體間進(jìn)行局部信息交互會(huì)受到因信

3、息傳輸和接受所產(chǎn)生的時(shí)滯帶來的影響,針對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中存在全局可達(dá)結(jié)點(diǎn)的一階、二階連續(xù)時(shí)間以及離散時(shí)間的有向多智能體網(wǎng)絡(luò),研究了在同時(shí)存在輸入時(shí)滯、通信時(shí)滯影響下的系統(tǒng)一致性問題,并分析得到了系統(tǒng)漸近收斂一致的代數(shù)判定準(zhǔn)則。相比于同類問題已有的研究成果,這些代數(shù)判定準(zhǔn)則具有較弱的保守性。從理論分析所得結(jié)論并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)各類系統(tǒng)一致性的達(dá)到只與系統(tǒng)中存在的輸入時(shí)滯以及智能體間的耦合強(qiáng)度有關(guān),且適當(dāng)增加輸入時(shí)滯還能有效提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性

4、能。通信時(shí)滯的存在,不影響系統(tǒng)的收斂特性,但能夠影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。
　　⑵受環(huán)境、狀態(tài)以及時(shí)間等因素的影響,在多智能體系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)一致性狀態(tài)值的現(xiàn)象,這便是多智能體網(wǎng)絡(luò)的分組一致性問題。已有的相關(guān)研究工作要么基于特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),要么基于如下兩類保守的假設(shè)條件之一:入度平衡或者要求同一分組中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其它分組中所有節(jié)點(diǎn)的鄰接權(quán)重之和在任意時(shí)刻均為一相同的常量。在不依賴上述兩個(gè)保守條件的前提下,分別針對(duì)具有一般連通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一

5、階、二階連續(xù)系統(tǒng),提出了兩種新穎的分組控制協(xié)議并基于Lyapunov穩(wěn)定性理論,分析給出了保證系統(tǒng)分組收斂一致的判據(jù)準(zhǔn)則。由于考慮了多智能體系統(tǒng)中各分組間正常存在的相互影響,所以得到的條件判據(jù)更具有一般性與實(shí)用性。
　　⑶研究了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為無向圖以及連通二分圖的兩類一階時(shí)滯多智能體系統(tǒng)的分組一致性問題,并基于頻域的方法分析給出了系統(tǒng)分組收斂一致的代數(shù)判定準(zhǔn)則。該判據(jù)形式簡(jiǎn)單,容易驗(yàn)證,實(shí)用性好且具有較弱的保守性。同時(shí),從理論分析以及

6、仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)多智能體系統(tǒng)分組一致性的達(dá)到只與系統(tǒng)中存在的輸入時(shí)滯以及節(jié)點(diǎn)間的耦合相關(guān),與通信時(shí)滯無關(guān),且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)擁有較大的耦合強(qiáng)度時(shí),系統(tǒng)不能容忍較大的輸入時(shí)滯。
　?、扔懻摿硕嘀悄荏w網(wǎng)絡(luò)的牽制一致性問題。已有的針對(duì)多智能體網(wǎng)絡(luò)的牽制一致性問題的研究工作幾乎都是基于一些特殊的拓?fù)鋪碚归_的,如要求拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)稱、強(qiáng)連通或者含有有向生成樹等。受相關(guān)工作的啟發(fā),基于M矩陣的相關(guān)屬性,分析給出了具有一般連通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連續(xù)以及離

7、散時(shí)間多智能體網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)牽制一致的判定準(zhǔn)則以及相應(yīng)的牽制控制策略。同時(shí),對(duì)牽制控制中如何選擇牽制節(jié)點(diǎn)的基本問題也進(jìn)行了探討。
　?、煞治隽硕嘀悄荏w網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的牽制分組一致性問題。與已有的相關(guān)研究工作不同,我們既沒有針對(duì)具有特殊拓?fù)?如無向圖、強(qiáng)連通圖以及含有有向生成樹的有向圖等)的多智能體網(wǎng)絡(luò),也沒有依賴已有的相關(guān)研究工作中保守的入度平衡假設(shè)條件,而是考慮了具有一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多智能體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在分組間的相互影響客觀存在的情況下的牽制分組