具有时滞的非线性多智能体系统一致性控制研究

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随着社会的发展,单个智能体越来越难以满足实际生产生活的需要,因此关于多智能体相关的研究逐渐兴起。事实表明,相比单智能体,多智能体系统的协调控制理论在实际生产生活中具有难以替代的优势,如无人小船或者无人机的协同作业、微电网的协同控制、无人车的协同控制、航天器的交会问题等等。多智能体系统的个体通过通讯拓扑图与邻近的个体之间进行状态交流。而个体的中央处理单元根据与邻近个体交流所获得的状态信息,为智能体建立一致性控制律。在一致性协议控制下,个体的状态最终趋于相同的值。然而在实际操作中,当智能个体捕获邻近个体的状态信息后,由于系统反应时间,处理器的计算速度等实际影响因素的存在,会导致时滞的现象出现,这会对系统的稳定性产生不利影响。因此,考虑系统中存在的时滞有着重要的现实意义。此外,外部干扰同样广泛存在于大多数实际的系统中,干扰的存在可能会对系统的稳定控制产生不良影响,甚至于严重破坏系统工作的稳定性。因此,考虑存在时滞和外部干扰,本论文研究非线性多智能体系统的一致性问题。主要工作如下:1、引入递增二次限制非线性条件,研究非线性多智能体系统的一致性问题,并且根据邻近个体之间的交互信息,为个体建立一致性控制律。首先基于智能个体与邻近个体的状态构造误差系统,将多智能体系统的一致性问题转化为误差系统的稳定性问题。然后利用Lyapunov的稳定性理论分析误差系统的稳定性,得到了误差系统稳定的充分条件,即获得了多智能体系统达到一致的充分条件。为了设计控制律的增益矩阵和耦合权重系数,然后利用Schur引理和锥补线性化的方法,将非线性条件转化为一种最小优化的问题,针对该优化问题,提出一种基于线性矩阵不等式的迭代算法,通过该算法最终求得增益矩阵,并完成控制协议的设计。最后数值仿真表明,所设计计算的控制律能够使具有递增二次限制非线性的多智能体系统达到一致,验证了结论的有效性。2、考虑到时滞对多智能体系统的稳定性的影响,本文研究了非线性多智能体存在状态时滞的一致性控制问题。首先利用Lyapunov-Krasovskii泛函分析理论,构造Lyapunov-Krasovskii泛函,然后分析一致性误差系统存在时滞情况下的稳定性,推导并且得出了误差系统关于时滞独立稳定的充分条件,即得出了时滞多智能体系统一致性的充分条件,随后借助Schur补和锥补线性化的方法,给出了设计控制律的迭代算法。最后,数值仿真表明所设计的控制律具有良好的一致控制效果,验证了结论的有效性。3、同时,外部扰动与时滞一样,在实际复杂的工作环境下广泛存在,这会给系统带来不稳定性。为了处理这些扰动,本文引入L2增益指标的分析方法,给出了多智能体系统具有L2性能表现的定义和充分条件。并借助Schur补和锥补线性化相关理论和方法,将难以处理的非线性矩阵不等式转化为基于线性矩阵不等式的一种迭代算法,从而解决了具有外部扰动的非线性多智能体系统的一致性鲁棒控制问题。最后的数值仿真,验证了所设计的控制律具有一致性控制效果和一定抗干扰能力,验证了理论的有效性。
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