具有切换动态和切换拓扑的多智能体系统协调输出调解问题研究

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近年来,随着应用的需要和技术的发展,多智能体系统的协调控制受到来自不同领域(如物理学、生物学、控制科学等)的科研工作者的广泛关注。另一方面,切换系统作为一类典型的混杂系统,有着广泛的工程应用背景。切换系统和多智能体系统相结合形成更加复杂的动态系统,这类系统具有重要的理论研究意义和广泛的实际应用价值,但同时也具有更加复杂的结构特性和动态行为。由于每个智能体具有切换动态或(和)表示智能体之间信息交换的拓扑连接是切换的,这使得系统的运行机制和动态行为十分复杂。同时,具有切换机制的多智能体系统的控制设计和切换律设计也变得更加困难。协调输出调节是多智能体系统研究中的一个基本问题,针对具有切换机制的多智能体系统的研究结果相对较少,有大量的控制问题亟待解决。本文主要应用切换控制和分布式控制,研究具有切换动态和切换拓扑的多智能体系统的协调输出调节问题。本文主要研究工作如下:
  (一)针对不要求所有子系统的输出调节问题都可解的情况,研究了具有切换动态的多智能体系统的协调输出调节问题。基于智能体稳定子系统和不稳定子系统总的激活时间比满足某阈值,提出了智能体依赖的平均驻留时间切换律。进一步,基于动态补偿器和调节方程的解,设计了分布式控制器,给出协调输出调节问题的可解性条件。
  (二)针对智能体的所有子系统的输出调节问题可能都不可解的情况,研究了具有切换动态的多智能体系统的协调输出调节问题。拓广传统的多Lyapunov函数设计方法到具有切换动态的多智能体系统,根据多智能体系统的控制特点,提出了状态依赖的切换方法。进一步,基于智能体之间信息交换获得的局部信息设计的分布式控制器和基于多Lyapunov函数方法设计的状态依赖的切换律给出协调输出调节问题的可解性条件。
  (三)针对智能体子系统存在输入饱和约束的情况,研究了具有切换机制的多智能体系统的协调输出调节问题。研究对象中同时具有两种独立的切换信号:每个智能体是一个线性切换系统,同时表示智能体之间信息交换的连接拓扑也是切换的。对于切换拓扑,采用驻留时间切换律;对于具有切换动态的智能体,提出带有参数的智能体依赖的驻留时间方法。由于存在饱和输入,基于参数代数Riccati方程的解和可获得的智能体之间的有限信息,设计了具有可调参数分布式控制器。所提出的切换律和设计的控制器,解决了存在输入饱和的具有切换动态和切换拓扑的多智能体系统的协调输出调节问题。
  (四)分别针对固定拓扑和切换拓扑的情况,研究了基于事件触发机制的异构多智能体系统的协调输出调节问题。首先,根据智能体系统拓扑连接的特点,对于可直接获得外部系统输出的智能体,构造了基于事件触发机制的公共观测器去估计外部系统的状态,并用于控制器设计;对于其余的智能体,设计了基于事件触发机制的分布式估计器去估计外部系统的状态进行控制器设计。其次,针对固定拓扑的情况,给出分散事件触发条件;针对切换拓扑的情况,同时给出了平均驻留时间切换律和依赖于切换拓扑的事件触发条件。进一步,设计了基于事件触发机制的动态分布式控制器,在提出的切换律的基础上,给出了问题可解的充分条件。
  (五)针对智能体子系统动态中同时含有可建模干扰和不可建模干扰的情况,研究了具有切换动态的多智能体系统的H∞协调输出调节问题。应用输出调节理论和H∞控制理论,首先应用调节方程,将H∞协调输出调节问题转化成H∞控制问题。其次,基于代数Riccati方程,分别用平均驻留时间方法和状态依赖切换方法,通过设计分布式控制器,给出了H∞控制问题可解的充分条件,从而使得H∞协调输出调节问题可解。
  最后是全文所做工作的总结以及对未来研究工作的展望。
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