多智能體系統(tǒng)的一致性及編隊(duì)控制研究.pdf

1、多智能體系統(tǒng)是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。近年來，由于多智能體系統(tǒng)一致性問題在工程上的廣泛應(yīng)用，其受到了越來越多來自物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)控制、生物以及社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注。一致性問題的研究難點(diǎn)不僅包括分布式控制器的設(shè)計(jì)、保持網(wǎng)絡(luò)連通性以及避碰，而且也包括個(gè)體具有自身非線性動(dòng)力學(xué)或者系統(tǒng)受到輸入或者邊界約束的情況。本文針對上述多智能體系統(tǒng)建模、分析、控制與決策中的關(guān)鍵性問題進(jìn)行了深入研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴自由

2、空間內(nèi)的多智能體系統(tǒng)往往需要足夠大小的控制力來保證網(wǎng)絡(luò)連通以及避碰，然而太大的控制力在工程應(yīng)用中是不現(xiàn)實(shí)的，由此提出了保證多智能體網(wǎng)絡(luò)連通及避碰的最小控制力估計(jì)算法。進(jìn)一步應(yīng)用該控制算法計(jì)算出多種集群行為（包括蜂擁、群集以及速度不可測量環(huán)境下的群集）相應(yīng)的最小控制力。另外，當(dāng)該控制力不足以維持網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)，多智能體系統(tǒng)具有分裂現(xiàn)象。據(jù)此研究了具有切換速度網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩嘀悄荏w系統(tǒng)分裂為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向互為相反子群體的二分群集問題。該工作對于人類的

3、恐慌逃離行為以及生物界的捕食-被捕食行為具有啟發(fā)性。⑵考慮工程應(yīng)用中節(jié)約資源和成本的需要，多智能體系統(tǒng)中個(gè)體往往只能測量相對位移信息。據(jù)此研究了具有領(lǐng)導(dǎo)者的非線性二階積分器多智能體系統(tǒng)，在局部Lipschitz條件下使得多智能體系統(tǒng)達(dá)到半全局一致性。更有趣的是通過設(shè)計(jì)初始編隊(duì)可以控制系統(tǒng)的最終構(gòu)型。進(jìn)一步，考慮工程系統(tǒng)總是受到執(zhí)行器物理限制的事實(shí)，針對具有輸入飽和以及有向切換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件的線性多智能體系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)基于觀測器的分布式控制

4、器，利用代數(shù)圖論以及Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了在較小的控制增益強(qiáng)度下系統(tǒng)能夠達(dá)到半全局一致性，因此具有較好的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用潛力。⑶針對二維有界空間內(nèi)移動(dòng)的多智能體系統(tǒng)，在聯(lián)合連通性條件假設(shè)下，利用邊界反彈控制力設(shè)計(jì)了分布式控制器從而使得系統(tǒng)中所有個(gè)體達(dá)到速度一致。進(jìn)而在沒有全局信息條件下研究了多機(jī)器人系統(tǒng)的循環(huán)往復(fù)渦旋運(yùn)動(dòng)控制問題。在這些理論算法基礎(chǔ)上，應(yīng)用多個(gè)Amigobot機(jī)器人在具有反彈邊界的矩形區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了群集以及橢圓編隊(duì)構(gòu)