多自主體網(wǎng)絡的協(xié)同行為及優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，多自主體網(wǎng)絡因在多機器人合作、分布式傳感器網(wǎng)絡自主配置、無人機編隊和多導彈聯(lián)合攻擊作戰(zhàn)等領域的廣泛應用而引起學者們的普遍關注。多自主體網(wǎng)絡指的是眾多自治或半自治的個體相互作用所形成的復雜動態(tài)系統(tǒng)，其中，個體和個體之間的相互作用分別被抽象為幾何圖中的節(jié)點和鏈接。自然界的生物網(wǎng)絡是一類典型的多自主體網(wǎng)絡，如螞蟻搬家、鳥群遷徙、魚群覓食等。通過個體之間的簡單協(xié)作，生物網(wǎng)絡通常會呈現(xiàn)一些自組織、自適應、自主性及聚集等復雜性行為。基于這些

2、生物群集智能特性，多自主體網(wǎng)絡被廣泛地應用于各類人工系統(tǒng)，如國際互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、高速公路網(wǎng)等，為人類社會服務。伴隨科學技術(shù)的日益更新，多自主體網(wǎng)絡框架下多樣化、混合型協(xié)同與性能優(yōu)化模式在經(jīng)濟發(fā)展、國防建設、科學探索以及人類日常生活中發(fā)揮著重要作用。分析現(xiàn)實中典型的多自主體網(wǎng)絡，由于節(jié)點動力學的復雜性、網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的復雜性及實際目標任務的復雜性，仍然存在許多控制與優(yōu)化等方面的困難。
　　本文在前人工作基礎上，以多自主體網(wǎng)絡為研

3、究對象，從控制論與優(yōu)化角度，利用微分動力學原理、矩陣理論、代數(shù)圖論、凸規(guī)劃和隨機分析等技術(shù)手段，研究多自主體網(wǎng)絡協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化的一些基本問題，并得到一些新的理論結(jié)果。針對網(wǎng)絡中資源或代價受約束等實際問題，研究多自主體網(wǎng)絡的保性能協(xié)同。設計個體位置相關的二次型性能指標函數(shù)，結(jié)合混雜脈沖控制與最優(yōu)控制給出精確的混雜協(xié)調(diào)控制算法，并得到二階多自主體網(wǎng)絡實現(xiàn)一致性和保性能的充分條件。研究表明，這類二階協(xié)同行為與位置性能結(jié)合的研究方案在機器人或者

4、無人機路徑規(guī)劃方面具有實際應用價值。針對實際環(huán)境中目標任務的多樣化與復雜性，研究多自主體網(wǎng)絡的多協(xié)同問題。設計基于事件規(guī)則的協(xié)調(diào)控制算法，引入聯(lián)合的協(xié)同與競爭機制，克服已有文獻依賴拓撲結(jié)構(gòu)假設的保守性，實現(xiàn)多自主體網(wǎng)絡的多一致性。研究結(jié)果表明，與現(xiàn)有文獻比較，利用分組事件規(guī)則所形成的迭代間隔更大，在一定程度上能夠優(yōu)化網(wǎng)絡中個體的控制迭代次數(shù)。針對多自主體網(wǎng)絡中單一致性和誤差漸近穩(wěn)定相對保守等問題，進一步研究多自主體網(wǎng)絡的多協(xié)同問題，引入

5、混雜多子群協(xié)同的概念刻畫多自主體網(wǎng)絡涌現(xiàn)多樣化、混合型協(xié)同行為的情形，提出不全同信息交換機制，改進已有文獻中基于同源信息構(gòu)建控制器的方法，設計適用的混雜協(xié)調(diào)控制算法，實現(xiàn)多自主體網(wǎng)絡的雜多子群協(xié)同。針對實際傳感器網(wǎng)絡中的效能優(yōu)化問題，研究具信道約束多自主體網(wǎng)絡的幾乎處處優(yōu)化一致性。考慮實際網(wǎng)絡中通訊代價與帶寬受約束等因素，提出基于量化數(shù)據(jù)的隨機Gossip型次梯度控制算法。研究結(jié)果表明利用這類帶量化的隨機Gossip型次梯度控制算法，多