二阶多智能体一致性的间歇控制协议研究

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自然界中有很多现象,比如,兽群和鱼群在高速行进当中保持着整齐的队形,夜晚空中的萤火虫同时熄灭和同时发光,迁徙季节里的候鸟保持一个固定的飞行队形等,这些现象让人们对一致性展开了热烈的讨论。目前,多智能体一致性是协调控制领域的一个热门讨论方向,如无人驾驶飞机如何实施编队,机器人如何进行协调控制以及传感器网络控制等等。尤其是对阶数为二的多智能体一致性的讨论更为广泛,一阶系统只考虑个体的位置信息,不能完全地概括所有物体的运动状态,而二阶与一阶系统区别在于不仅考虑了位置还考虑了速度这个物理量,这一点更符合实际情况,例如无人机的编队同时需要速度和位置的信息。鉴于环境因素,工业成本,现实可操作性,研究学者开始针对不同的二阶多智能体系统模型研究不同的控制协议来使得系统达到一致。本文在已有结果的基础之上,针对不同二阶的多智能体系统来设计控制协议,主要完成的内容如下:(1)本文研究了二阶多智能体系统的聚类延迟一致性问题,将智能体分成三个不同的群集,并且对于不同群集的智能体采取不同的控制协议来使得整个多智能体网络达到聚类延迟一致。同时,考虑了牵制控制,仅仅通过对一些节点来进行控制,以此有效地节约控制成本。并且,我们考虑的是有向弱连通网络拓扑结构,相比于已存在的需要一个有向生成树的结果,降低了拓扑结构的要求。基于代数图论,M矩阵和Lyapunov稳定性的相关知识,给出了相应的一致性条件。(2)关于间歇控制协议的讨论大部分是周期间歇控制,而实际情况下,因为周期间歇控制在实际操作时会造成工业成本浪费,相对而言,非周期的间歇控制只对控制宽度下界有要求,易于操作,也会节约成本。本文针对二阶多智能体一致性采取非周期间歇控制协议。同时,在控制协议中,给出的控制增益是自适应控制增益,过大的常数控制增益会造成成本浪费,因此自适应控制增益是合理的。并且,本文的模型更一般,考虑的是具有混合延迟和不确定参数的二阶多智能体模型。通过构造V函数从理论上证明多智能体达到一致性的充分条件,并且通过使用MATLAB来进行仿真,证实理论部分的准确性。
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