协调控制系统的优化与设计

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近年来,多智能体网络系统的协调控制,如一致性问题、编队控制、群集行为,引起来了研究人员的极大兴趣。这些系统一般包含大量的智能体,如无人机、无人地面机器人、无入水下机器人和卫星等,因此协调控制系统往往是复杂的网络系统.协调控制系统在许多领域中有着重要的应用,如自主车的团队操作、搜救任务、移动传感器网络和分布式能源系统等。本文采用优化的方法进行了协调控制系统的设计,重点研究了多智能体网络系统的一致性问题和编队控制问题。   本研究为了设计多智能体网络系统的最优协调控制策略,采用了三种基于设计的方法,即逆优化的方法、分布式最优控制设计的方法和合作博弈论的方法。首先,采用逆优化的方法设计多智能体网络系统的协调控制。在这种方法中,通过引入一个协调控制李雅普诺夫函数,可以避开求解HJB方程的困难。我们获得的协调控制器不仅具有处理高相对阶系统的优势,而且可以通过调节一个正定矩阵来改善多智能体网络系统的性能。另一方面,我们设计的分布式控制是关于一个有意义的目标函数的最优控制,这个目标函数可以用来量化和改善多智能体网络系统的性能。其次,基于个体目标函数的最小化和HJB方程的求解,分析了多智能体网络系统的分布式最优控制设计,并应用于多机器人系统中。由于智能体之间信息流的交互,每个智能体的控制输入分成了两部分,局部输入和全局输入。前者是基于智能体的自身状态进行设计的,后者是邻近中智能体信息的函数。最后,考虑了由个体目标函数组成的团队目标函数,采用了合作博弈论的方法使智能体之间实现合作。通过团队目标函数的最小化,可以得到一个Pareto最优解集。在该Pareto最优解集中,存在一个纳什交易解使得每个智能体的代价更低,但是每个智能体都需要整个网络的信息。为了克服这个缺陷,使用线性矩阵不等式的方法给控制器结构增加了一些约束条件。与第二种方法相比,该方法所需的代价更低,体现了其对提高整个团队合作的优越性。
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