非線性、量化和結(jié)構(gòu)約束的多智能體協(xié)同控制研究.pdf

1、多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制在多機(jī)器人編隊、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、多無人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)以及分布式優(yōu)化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，因而受到研究人員的廣泛關(guān)注。近年來對該問題的研究無論從廣度還是深度上都還在繼續(xù)，但從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用的過程中還存在諸多挑戰(zhàn)。論文將圍繞著智能體模型，信息傳輸以及關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)等三個關(guān)鍵要素去研究具有非線性動力學(xué)、量化通信以及結(jié)構(gòu)約束情況下的多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制問題，主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　針對有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，論文研究了有向

2、邊拉普拉斯矩陣及其對多智能體系統(tǒng)建模相關(guān)問題。論文首先拓展了邊拉普拉斯矩陣的圖論概念并深入探索其相關(guān)代數(shù)性質(zhì)，使其能夠用于描述有向圖的邊關(guān)聯(lián)關(guān)系，并接著建立了基于邊狀態(tài)的多智能體系統(tǒng)模型。隨后，深入揭示了多智能體系統(tǒng)本質(zhì)上是由生成樹和生成余樹構(gòu)成的互聯(lián)反饋系統(tǒng)。最后，基于生成余樹可由生成樹經(jīng)線性變換得到的觀察對多智能體系統(tǒng)進(jìn)行模型降階。
　　針對具有非線性動力學(xué)的多智能體系統(tǒng)，結(jié)合代數(shù)圖論和環(huán)路小增益定理研究了在有向拓?fù)錀l件下局部

3、利普希茨連續(xù)的二階非線性多智能體系統(tǒng)一致性問題。結(jié)合基于邊拉普拉斯矩陣建模的降階多智能體系統(tǒng)并利用反步法將二階非線性多智能體系統(tǒng)建模為反饋互聯(lián)系統(tǒng)，隨后設(shè)計分布式一致性協(xié)議保證每個子系統(tǒng)是輸入狀態(tài)穩(wěn)定的并給出收斂需要滿足的增益條件，最后通過使用環(huán)路小增益定理得出多智能體系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定的結(jié)論。
　　對于考慮量化通信條件下的多智能體系統(tǒng)，分別研究了靜態(tài)量化和動態(tài)量化兩種情況下的有向拓?fù)涠A多智能體系統(tǒng)一致性問題。對于使用均勻量化器和對數(shù)

4、量化器的二階多智能體系統(tǒng)，論文分析了達(dá)成量化一致性協(xié)議的收斂條件，并進(jìn)一步揭示了收斂半徑和收斂速度等性能指標(biāo)與量化步長之間的具體數(shù)值關(guān)系。為進(jìn)一步減小通信量并實(shí)現(xiàn)更高量化精度，論文接著探討了動態(tài)量化二階多智能體系統(tǒng)一致性問題，通過設(shè)計量化反饋一致性協(xié)議實(shí)現(xiàn)了二階多智能體系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。
　　受到海豚環(huán)繞捕獲目標(biāo)魚群的生物學(xué)啟發(fā)，論文結(jié)合方位剛性理論探索了仿生多智能體協(xié)同環(huán)繞圍捕控制問題和環(huán)航控制問題。首先通過使用方位剛性圖論將協(xié)

5、同環(huán)繞捕獲控制問題等同于受到時變方位約束的目標(biāo)編隊。進(jìn)而，為實(shí)現(xiàn)多智能體編隊環(huán)繞移動目標(biāo)運(yùn)行并同時使編隊尺度逐漸收縮的環(huán)繞圍捕機(jī)制，論文通過引入正交投影算子設(shè)計了分布式環(huán)繞圍捕控制律。然后，結(jié)合李雅普諾夫方法和小增益定理分別針對環(huán)繞圍捕控制中編隊環(huán)繞，編隊跟蹤和編隊收縮三項控制任務(wù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。在環(huán)繞圍捕控制的基礎(chǔ)上引入與目標(biāo)之間的距離約束來設(shè)計相應(yīng)的分布式環(huán)航控制律，最終實(shí)現(xiàn)多智能體編隊以給定半徑環(huán)繞某個目標(biāo)區(qū)域或者移動目標(biāo)運(yùn)行的環(huán)