异质多智能体系统输出二分一致性问题研究

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近年来,多智能体系统协调控制的研究受到了学者的广泛关注,成为控制领域的研究热点,同时已被广泛应用到交通、电网、工业、社会、军事等各大领域。本文利用图论、矩阵论、系统稳定性理论以及内模定理等技术,对异质多智能体系统输出二分一致性问题进行系统深入地研究。首先,针对连续时间异质多智能体系统网络,研究基于符号图的输出二分一致性。系统中智能体间的拓扑结构用符号图进行描述,即智能体间合作与对抗关系并存。而智能体的动态描述不再是一样的,而是互不相同,尤其个体动态模型的状态维数也不尽相同。该问题主要是利用符号图与非负图的特有性质,进一步分析常规一致性与二分一致性的关系。在已有研究成果的基础上,分别设计两种输出反馈控制算法,来实现系统的输出二分一致性,并通过系统仿真实例对上述两种控制算法进行验证。其次,针对离散时间异质多智能体系统网络,研究基于符号图的输出二分一致性。当系统中存在领导者时,即领导者-跟随者模型,领导者是特殊的智能体,其运动完全由自身动力学决定,与其它跟随智能体的运动无关,但会对部分跟随智能体有一定的影响作用。通过设计合适的控制算法,使得领导者-跟随者模型中的跟随者智能体达到输出二分一致性,其中部分跟随者智能体与领导者的运动动态相同,而其余智能体与领导者完全相反。进而对更一般的无领导者模型进行研究,提出控制算法,利用图论、矩阵论以及系统稳定性理论得到输出二分一致性。通过系统仿真实例对上述两种控制算法进行验证。最后,针对连续时间异质多智能体系统网络,研究基于有向切换符号图的输出二分一致性。基于固定有向图的输出二分一致性的研究可知,很难保证智能体间的拓扑结构不发生变化,因而研究基于有向切换符号图的输出二分一致性是非常有必要的。由于有向切换符号图的拓扑结构随时间发生变化,研究难度会更大。本文通过对有向切换符号图在时域范围内提出一定的限制条件,并设计合适的控制算法,使得系统达到输出二分一致性,并通过系统仿真实例对上述控制算法进行验证。
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