基于一致性协议的多智能体系统分布式编队控制的研究

论文摘要

多智能体系统凭借其良好的可扩展能力以及较强的容错能力在军事、民用等领域中得到了广泛的应用。系统在实际应用环境中往往会受到许多外界干扰因素的影响,比如智能体编队过程中的拓扑切换、信号传输时延等,其不仅会降低系统的控制性能指标,甚至会破坏系统的稳定性,因此考虑具有外界环境约束的分布式编队控制有着更为重要的实际意义。本论文在现有文献的基础上,研究了线性多智能体系统的分布式编队控制问题。首先,研究了线性连续多智能体系统在无向固定网络拓扑下的分布式编队控制。考虑无通信时延和存在固定通信时延两种情况,设计了编队控制协议使得线性多智能体系统实现编队。利用Lyapunov稳定性理论,分别给出了两种情况下协议有效时其参数需要满足的充分条件。其次,在leader的速度不可测的情况下,分别对每个follower设计分布式观测器以实现对leader速度的估计,进而达到followers在实现编队时和leader达到速度一致。分别给出了无时延的切换网络拓扑和存在时变时延的固定网络拓扑两种情况下观测器和控制协议有效时其参数需要满足的充分条件。进一步考虑离散的一阶和二阶多智能体系统,设计控制协议使followers实现编队,并且和状态时变的leader达到一致。分析表明,如果在多智能体系统的网络拓扑中存在leader到每个follower的有向路径,则一定存在合适的参数使得所设计的协议有效,并且最大跟踪误差正比于采样周期。最后,针对离散的二阶多智能体系统,考虑有限能量的外界干扰,设计了有向固定拓扑和有向切换拓扑下的分布式编队控制协议。运用H∞控制策略,给出了协议满足其控制性能指标时的充分条件。分析表明,当leader全局可达时,一定存在合适的参数使得协议有效。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景和意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.2.1 智能体和多智能体系统
• 1.2.2 多智能系统一致性的研究现状
• 1.2.3 多智能系统分布式编队控制的研究现状
• 1.3 论文结构安排
• 第2章 多智能体网络leader-following 编队控制的一致性协议
• 2.1 引言
• 2.2 系统描述
• 2.3 主要结果
• 2.4 仿真研究
• 2.4.1 零时延网络仿真结果
• 2.4.2 非零时延网络仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于分布式观测器的多智能体网络leader-following 编队控制
• 3.1 引言
• 3.2 系统描述
• 3.3 主要结果
• 3.3.1 无时延切换拓扑中的观测器和编队控制协议的设计
• 3.3.2 时变时延固定拓扑中的观测器和编队控制协议的设计
• 3.4 仿真研究
• 3.4.1 无时延切换拓扑的仿真研究
• 3.4.2 时变时延固定拓扑的仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第4章 离散多智能体系统分布式编队跟踪控制的研究
• 4.1 引言
• 4.2 系统描述
• 4.3 主要结果
• 4.3.1 基于一阶模型的编队控制
• 4.3.2 基于二阶模型的编队控制
• 4.4 仿真研究
• 4.4.1 一阶系统的仿真结果
• 4.4.2 二阶系统的仿真结果
• 4.5 本章小结
• ∞编队控制'>第5章 离散多智能体系统分布式H_∞编队控制
• 5.1 引言
• 5.2 系统模型描述
• 5.3 主要结果
• 5.3.1 固定有向多智能体网络拓扑的编队控制
• 5.3.2 切换有向多智能体网络拓扑的编队控制
• 5.4 仿真研究
• 5.4.1 固定有向多智能体网络的仿真结果
• 5.4.2 切换有向多智能体网络的仿真结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介