具有时滞的多智能体系统分布式一致性研究

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近年来,随着多智能体系统的分布式控制在无人机的编队控制、移动机器人的协同控制、状态估计等方面的普及应用,国内外诸多领域的科研工作者们对分布式控制问题产生了浓厚的研究兴趣。分布式一致性问题成为控制科学领域的一个重要且经典的课题,同时也是分布式协调控制问题的基础。在实际的工程技术领域,由于多种因素的影响,如通信资源有限、数据处理计算速度需要一定时间等,系统不可避免地会存在时滞。时滞的存在会增加所研究系统的分析复杂性,并且系统实现一致性时原有控制协议也将不再适用,需要重新设计新的协议。本文中的时滞主要是输入时滞和通信时滞,且均为时变时滞。因此,研究有时滞的系统分布式一致性具有很高的理论价值,对实际工程应用也有极大的指导意义。本文在前人研究的基础上,基于代数图论、Lyapunov稳定性理论、线性矩阵不等式、Schur Complement定理等必要的分析工具及有关引理对一致性问题进行了研究,给出了满足某些假设条件下系统实现一致性的充分条件。此外,基于MATLAB软件的数值仿真实例验证了设计的协议的有效性。主要研究内容如下:首先,针对含有时变通信时滞和时变执行器故障的随机非线性系统,且系统中含有一个领导者,提出了新的分布式一致性协议,并且给出了有向拓扑下系统一致性的充分条件。引入随机非线性项和时变通信时滞使得系统动力学模型更具有普遍性和代表性,新的控制协议与以前的控制协议相比,其适用范围更广。由于系统中存在的时滞不是一成不变的,也会随时间不断变化,研究时变时滞更具有理论价值。因此,上述类型的系统的研究极具应用价值。其次,针对一类具有参数不确定和时变输入时滞的非线性系统,提出了新的分布式自适应协议,并给出了无向拓扑下系统实现一致性应该满足的充分条件。对于系统中非线性项的处理方法,与以往不同的是引入单侧利普希茨非线性条件及二次内部有界非线性条件的定理。由于上述定理可以应用到含有更大的利普希茨常数的非线性系统中,所以本文研究结果的保守性更低、更具有一般性。最后,针对一类含有随机干扰、参数随机不确定及随机变化非线性的非线性时滞多智能体系统,提出了切换拓扑情形下分布式非线性一致性协议,通过一系列的理论推导也得到了满足一致性的充分条件。本文中引入两个服从伯努利分布的随机变量,其分布律各不相同。针对非线性系统所设计的非线性一致性协议未来的应用空间也很大,更具有理论研究价值。
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