基于事件触发的混合多智能体的一致性控制

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多智能体系统通过智能体之间的交流协同完成复杂任务,具有鲁棒性、可靠性以及灵活性等的优点,在无人系统集群、无线传感器网络等工程领域上具有广泛的运用。在实际工程项目中,协同完成任务的个体往往具有不同形式的动力学模型,以多智能体搜救任务为例,高精密的传感机器人具有连续时间动力学,而执行机器人需由离散时间动力学模型表达。此外在多智能体网络中,由于干扰的存在以及系统有限的通讯带宽,连续的通讯方式很难实现。事件触发控制方法使得智能体与邻居的信息交换与个体控制器的更新仅在自身的触发时刻进行,不仅可以避免个体间连续的交流、节约能耗,而且可以实现个体间的异步通讯。因此本文以连续时间与离散时间动力学混合的多智能体系统为研究对象,基于事件触发的控制方法,分别讨论系统动力学为一阶与二阶积分器时混合多智能体系统的一致性问题。主要内容包括:
  研究基于事件触发策略和自触发算法的一阶混合多智能体系统的一致性控制,其中混合多智能体系统由连续时间子系统与离散时间子系统构成。在这部分研究内容中,论文首先设计事件触发条件与控制规则,并基于李雅普诺夫方法与拉萨尔不变性原理证明在设计的事件触发控制策略下混合多智能体系统能实现一致性。然后,通过分析组合测量误差的增长率与阈值条件的关系,给出适用于混合多智能体系统的自触发算法。自触发算法可以实现对事件触发时刻的预测,不仅可以避免事件触发方法下系统连续监测阈值所需要的额外计算,而且可以实现智能体在触发间隔内的自运行。
  研究基于事件触发策略的二阶的连续时间与离散时间动力学个体构成的混合多智能体的一致性控制。在现实物理对象中,某些系统中的个体无法由低阶的自身动力学表示,因此,本文也研究了二阶混合多智能体系统一致性问题。不同的是在二阶混合多智能体系统中,事件触发条件不仅需要考虑到不同动力学个体间相互交流的影响,还需要考虑速度与位置量之间的耦合。在这部分研究内容中,论文首先给出与耦合增益、通讯拓扑的拉普拉斯矩阵特征值、采样间隔有关的二阶混合多智能体系统的一致性充分与必要条件,其中离散时间与连续时间动力学个体的相互作用与交流、位置与速度状态量的耦合都会对系统稳定性产生影响。另外,通过构建误差系统、分析系统矩阵特征值证明基于二阶混合多智能体系统设计的事件触发策略的有效性。
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