线性时滞多智能体系统的最优控制研究

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在工业生产中,设备的运行无法达到理想状态,时滞现象是控制过程中无法避免的问题之一。时滞系统的最优控制问题具有很高的研究价值和现实意义,也是近年来控制领域研究的热点和难点课题之一。一致性问题作为智能体之间协调合作的基础,受到越来越多研究者的关注。所谓"一致性"是指:智能体的某些状态变量从一组给定值经过一定的时间之后趋于同一值,称为系统的决策值。而一致性算法就是使得系统中每个智能体的状态趋于一致的协议。本文主要讨论了带有时滞的线性多智能体系统一致性和最优控制问题。本论文的主要内容和研究成果总结如下:1.主要对线性时变时滞多智能体网络的加权平均一致性问题进行了研究,通过将加权平均系数融合进控制器参数设计,大大方便了多智能体系统的综合。基于代数图论和矩阵分析工具,分别研究了时变时滞多智能体系统在固定和切换网络拓扑下的加权平均一致性,利用Lyapunov-Krasovskii理论,以LMI的形式给出了线性控制协议在网络拓扑是固定和切换两种情况下取得加权平均一致性的充分条件,结论证明所有的节点在实现稳定时均达到了智能体初态的加权平均值。2.研究了具有时滞的一般离散时间多智能体系统的一致性问题,基于李雅普诺夫稳定性定理,通过构造李雅普诺夫泛函并保留了李雅普诺夫泛函差分中的有用信息,利用线性矩阵不等式方法,给出了系统稳定的充分条件,并通过实例计算求出了系统能够容忍的时滞范围和满足系统稳定性条件的一组矩阵解,从而验证了本文所得到的结论的有效性和可行性。3.研究了线性时滞多智能体系统的最优控制问题。首先,针对时滞系统的最优状态调节问题,对于带时滞的状态方程,根据柯西公式的特性,求出了一个特解,给出了闭环系统的状态线性反馈控制律,并最终得到了最优控制器的解的形式。其次,针对时滞多智能体系统在有限时域下的最优跟踪问题,本文将含有输入时滞的线性系统变换成形式上无时滞的线性系统,根据最优控制理论构造了 Riccati矩阵方程组,并提出了动态输出反馈最优跟踪控制算法。最后,通过计算机仿真实例验证了本文结论的正确性和有效性。
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