基于脉冲饱和控制的非线性多智能体系统领航跟随一致性研究

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分布式协同控制作为工程应用中一种最为有效的控制技术,相比于集中式控制,该技术无需中央调控,只通过局部通信即可实现控制目标,具有强鲁棒性、可扩展性、高效性等显著优势,因此多智能体系统的分布式协同控制吸引了国内外众多学者的密切关注,并且广泛应用于航天技术、智能电网、网络安全等重要领域。与此同时,多智能体系统一致性问题作为协同控制问题的基础问题,也成为当下的一大研究热点。在实际系统中,由于系统执行器存在饱和特性与故障现象,系统本身或外部干扰所导致的未知非线性特性,以及信息传输过程中发生的时延现象,因此含有饱和输入、未知输入、未知非线性、以及时滞等因素的多智能体系统更加具有应用价值。由于实际系统的通信资源受限,作为不连续通信的脉冲控制技术在多智能体系统中得到了广泛应用。本文主要对多智能体系统领航跟随一致性问题从已知和未知系统非线性特性、无时滞和有时滞脉冲饱和控制等方面进行研究。本文主要研究内容如下:(1)研究了基于脉冲饱和控制和分组机制的非线性多智能体系统领航跟随一致性问题。针对不同初始状态的多个领航者与跟随者,本文提出了一套基于跟随者与领航者相似度的分组机制,通过引入符号函数,准确判定出个子组(子系统)中跟随者的数量,解决了跟随者的分配问题。进一步,针对每个不同子系统,结合脉冲控制技术,凸分析技术,设计出了不同的脉冲饱和控制算法,解决了系统存在通信资源受限与系统执行器饱和的问题,同时,该算法中智能体能够与任一子组智能体进行信息交互,解决了不同子组间无法通信的问题。借助于Lyapunov稳定性理论,构造合适的Lyapunov辅助函数,得到子系统稳定性的充分条件,解决了非线性多智能体系统中每个子系统领航跟随一致性问题,也解决了不同子系统实现不同领航跟随一致性问题。最后,通过数值仿真来验证理论结果的可行性。(2)分析了基于时滞脉冲饱和控制的非线性多智能体系统自适应容错领航跟随一致性问题。针对单个智能体系统存在执行器故障程度未知的情况,通过引入投影算子的概念,并结合容错控制技术与自适应方法,设计出了基于智能体与其邻居间局部通信的分布式自适应容错控制算法,解决了对未知参数不准确估计所引起较大误差的问题。进一步,结合脉冲控制技术,凸分析技术,Lyapunov稳定性理论,设计出了含有饱和约束的时滞脉冲控制算法。通过引入跟随者与领航者之间的状态误差函数,构造相应的Lyapunov辅助函数,得到系统稳定性的充分条件,解决了对含有未知执行器故障以及信息传递时滞条件下多智能体系统领航跟随一致性的问题。最后,通过数值仿真来验证理论结果的有效性。(3)讨论了基于脉冲饱和控制的非线性多智能体系统自适应模糊领航跟随一致性问题。针对存在未知非线性的多智能体系统,通过引入模糊逻辑系统的概念,结合自适应控制技术,设计出了基于智能体与其邻居间局部通信的自适应模糊控制,通过具体的数学模型来逼近系统模型的未知非线性项,从而解决了多智能体系统含有未知非线性的问题。进一步,通过引入凸函数与饱和函数的概念,解决了多智能体系统存在执行器饱和特性的问题。在此基础上,结合脉冲控制技术与Lyapunov稳定性理论,设计出了脉冲饱和控制协议,给出了关于多智能体系统领航跟随一致性的理论证明,解决了对含有未知非线性以及执行器饱和条件下多智能体系统领航跟随一致性的问题。最后,通过数值仿真来验证理论结果的有效性。
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