具有时滞的多智能体系统分组控制及一致性分析

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近年来随着计算机、通信、嵌入式等技术的飞速发展,各领域学者对多智能体系统展开了广泛的研究。不同于传统复杂网络的集中控制方式,多智能体系统中各智能体相互通信、彼此协调。围绕多智能体系统协调控制的重点是一致性问题,分组一致性问题作为一致性问题的重要拓展正成为研究的热点。本文研究了系统时滞干扰下,通信拓扑为二分图及权值平衡有向图的一阶、二阶和异质多智能体系统,就其分组一致性问题进行了相关研究。本文的主要研究成果如下:首先,本文基于智能体之间的竞争机制,研究了不同时滞对于系统加权分组一致性的影响。针对通信拓扑为连通二分图的一阶多智能体系统,设计了相关的加权分组一致性控制协议。通过运用频域控制理论等知识,得到了系统实现加权分组一致的充分条件。当系统的输入时滞满足本文中的充分条件且通信时滞满足本文所提出的假设条件时,系统可实现渐近稳定。仿真实例验证了本文结论的正确性。其次,本文分别针对拓扑结构为含有一棵生成树且权值平衡的有向图的一阶和二阶多智能体系统,基于智能体之间的竞争与协作机制,提出了使系统实现分组一致的分布式控制协议。本文考虑了系统时滞的影响,通过运用代数图论等知识,得到了系统实现分组一致时所能忍受的时滞范围。仿真结果验证了本文结论的正确性,当系统的输入时滞满足本文给出的代数条件时,系统可实现分组一致。最后,本文针对拓扑结构为二分图的异质多智能体系统,基于智能体之间的竞争机制,设计了相关的分组一致性控制协议。该控制算法考虑了时滞的干扰,通过分析给出了系统实现分组一致时所能忍受的时滞上界。本文所设计的控制协议中含有加权系数,通过调节控制器的加权系数,可将智能体全局收敛到不同的给定状态。相比于其他分布式控制协议,本文所设计的控制器更具有灵活性。研究表明在该拓扑结构下,智能体之间的连接权重,各智能体自身的输入时滞以及控制参数都会影响异质多智能体系统的最终收敛。而各智能体之间的通信时滞并不直接影响系统的稳定,但是通信时滞会影响异质多智能体系统的动态性能。研究发现时滞越小,系统实现渐进分组一致的速度越快。实验结果验证了本文结论的正确性。
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