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近年来,多智能体系统的协调控制问题引起了许多不同学科的工程和科学上的专家广泛关注,在许多领域也得到了越来越广泛的应用,比如无人驾驶飞机、编队控制、群集、通信网络等。在多智能体系统的协调控制中,最关键的是如何设计出比较合理的协议和算法。根据这个协议和算法,使得系统中各个自主体随着时间的演化都能达到同一状态,也就是“一致性”问题。随着多智能体分布式协调控制的潜在应用日益显现,一致性问题的相关理论也被迅速研究。
一致性思想的研究已有了很长的历史。其中,关于连续时间的一致性协议,根据系统模型的不同又可以分为一阶一致性协议、二阶一致性协议以及高级的一致性协议。目前已有学者比较深入地研究了多智能体系统中的一阶一致性协议问题,对于线性带有时滞的二阶多智能体系统或者非线性的无时滞二阶多智能体系统也得到了学者的一定研究。正是这样的背景下,本文也以多智能体系统为研究对象,在系统中建模、对一致性协议收敛性分析等方面展开了研究。
首先,当智能体之间进行通信时,不可避免要受到自身的延迟和通信路上的延迟影响;其次,多智能体系统的控制协议为非线性的情况。因此,基于以上的问题,本文研究了具有有向拓扑和时滞的非线性二阶多智能体系统的一致性问题。提出了在有向通信拓扑下,智能体状态有约束的网络的一致性协议。基于代数图论和Lyapunov稳定性理伦,以线性矩阵不等式形式给出了保证网络中所有智能体状态达到平均一致的充分条件。最后,给出数值例子说明所提出理论的有效性和可应用性。
全文共由四部分组成:第一部分,简要概述多智能体系统一致性问题研究的相关背景和概况,接着介绍本文的主要研究内容。第二部分,首先引入了相关代数图论等方面的基本知识,其次给出了所要研究的有向拓扑和时滞的非线性二阶多智能体系统的模型。第三部分,通过构造新的Lyapunov泛函并利用矩阵的Kronecker积和一些新的分析技巧,导出了该系统达到一致性的充分条件并给出数值例子验证我们提出方法的有效性。第四部分,我们给出了简短的总结和展望。