广义多智能体系统的一致性问题研究

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广义系统理论自提出以来,展现出了较强的应用背景,并逐渐发展成为当今重要的控制理论分支之一。广义系统作为微分代数方程的一种形式,能够更好地保持系统的物理特性,特别是在一些耦合系统中,某些物理量之间确实存在由代数方程刻画的约束,同时有不少实际系统只能用广义系统描述而不能用正常系统描述。本课题以广义系统构成的网络化多智能体系统为研究对象,基于代数、图论、广义系统理论及网络化预测控制方法,深入研究了广义多智能体系统的一致性问题,将多智能体系统一致性问题的相关结论推广到广义多智能体系统。第一,针对一类同构广义多智能体系统,提出并设计了状态反馈形式的一致性协议,得到了协议可解广义多智能体系统一致性问题的充要条件。另外,由于在实际工程中系统的状态不易直接测量或者测量设备在经济或使用方面存在局限,通常系统的状态难以直接获得,从而使得系统不能直接实现状态反馈。因此在智能体状态不可测量但输出可以测量的情形下,提出并设计了静态输出反馈形式的一致性协议,得到了协议可解广义多智能体系统一致性问题的充要条件。并且针对静态输出反馈不能完全实现状态反馈功能的限制,提出并设计了动态补偿器(动态输出反馈)形式的一致性协议,增加了设计的自由度。同时,得到了协议可解广义多智能体系统一致性问题的充要条件,基于广义Ricatti方程的解,给出了一致性协议的具体设计步骤。第二,由于受到外界环境或特定任务分工等因素的影响,发生耦合的智能体的特性或动力学模型可能是不相同的,称这类系统为异构多智能体系统。针对一类异构广义多智能体系统,在各个智能体状态具有相同维数的情形下,提出并设计了状态反馈形式的一致性协议,得到了协议可解异构广义多智能体系统一致性问题的充要条件。另外,针对智能体状态不可测量但输出可以测量,以及各个智能体状态可能具有不相同维数的情形,提出并设计了静态输出反馈形式的一致性协议,并得到了协议可解异构广义多智能体系统输出一致性问题的充要条件,这些条件不但与智能体之间的通讯拓扑结构有关,而且还与每个智能体的结构特性相关。第三,智能体之间通过有线或无线网络进行信息交换时,由于网络带宽和传输速度有限,不可避免地会出现网络诱导通信时滞。然而,通信时滞通常会不同程度影响网络化多智能体的性能,甚至导致系统不稳定。首先针对无通信时滞的网络化广义多智能体系统,提出并设计了静态输出反馈形式的一致性协议,得到了协议可解广义多智能体系统一致性问题的充要条件。另外,针对含有通信时滞的网络化广义多智能体系统,基于网络化预测控制方法,主动对通信时滞进行补偿,分别提出并设计了静态输出反馈和动态补偿器形式的一致性协议,分别得到了这两种协议可解网络化广义多智能体系统一致性问题的充要条件,并基于Ricatti方程的解,给出了协议的具体设计步骤。通过仿真算例验证了本文所得理论结果的有效性与可行性。
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