网络化多智能体系统的协调控制及一致性问题研究

论文摘要

近年来,随着科学技术的快速发展,多智能体系统的协调控制受到不同学科专家的广泛关注。主要原因是协调控制在很多领域,包括无人驾驶飞船编队、群集、分布式传感器网络以及通讯网络的拥塞控制中的广泛应用。而基于“分布式协调控制”的一致性问题的相关理论也发展迅速,本文采用了矩阵理论、图论和控制论等工具研究网络化多智能体系统的一致性协议及编队控制应用。本文探讨了多智能体系统的协调控制器设计及优化问题,基于双线性矩阵不等式(BMI)方法给出了多智能体系统协调镇定的充分条件,并给出了在二次性能指标下协调控制的优化设计方法。论文还考虑了基于协调控制的多智能体系统的一致性问题。对于固定通讯拓扑下高维多智能体系统,提出了新的一致性协议。采用李雅普诺夫函数方法分析其收敛性,并将一致性问题转化为求解BMI约束的可行解问题。另外,给出了基于一致性协议的轨道跟踪和编队控制策略。在实际应用中,通常不能保证通讯拓扑结构具有生成树。针对此情况,对于切换通讯拓扑下的单积分动态性能多智能体系统,设计了约束相对较弱的一致性协议,并考虑了将一致性协议跟踪至常数和时变的两种参考状态,从而实现轨道跟踪和编队控制问题。最后给出了数值仿真例子,证明了文中设计方法的有效性

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多智能体系统协调控制的意义及研究背景
• 1.1.1 多智能体系统协调控制研究的意义
• 1.1.2 多智能体系统协调控制的研究背景
• 1.2 一致性问题研究现状
• 1.3 一致性问题研究的主要应用
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 预备知识
• 2.1 拓扑图的基本概念
• 2.2 矩阵理论
• 2.2.1 双线性矩阵不等式BMI
• 2.2.2 M矩阵概念及特性
• 2.3 李雅普诺夫稳定理论
• 第三章 基于BMI方法的多智能体系统协调控制及优化
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述和信息流结构
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 多智能体系统的信息流结构
• 3.3 多智能体系统的协调控制及优化设计
• 3.3.1 协调控制的充分条件
• 3.3.2 协调控制的优化设计
• 3.3.3 基于BMI方法的算法设计
• 3.4 数值仿真
• 3.5 结论
• 第四章 基于一致性的高维多智能体系统轨道跟踪及编队控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 多智能体系统的一致性协议设计和稳定性分析
• 4.4 多智能体系统的跟踪和编队控制
• 4.4.1 轨道跟踪控制器
• 4.4.2 编队控制
• 4.5 数值算例
• 4.6 结论
• 第五章 具有切换拓扑的多智能体系统的一致性跟踪协议及编队
• 5.1 引言
• 5.2 拓扑描述
• 5.3 一致性跟踪协议
• 5.3.1 常数一致性参考状态
• 5.3.2 时变一致性参考状态
• 5.3.3 编队控制
• 5.4 数例和仿真结果
• 5.5 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作和创新点
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果