联合连通条件下的二阶多智能体系统有限时间一致性控制

针对时变动态拓扑下无leader的二阶多智能体系统有限时间一致性控制问题,本文给出有限时间一致性协议,并对所提出的一致性协议进行理论分析.基于图论、Lyapunov稳定性理论、同次性理论和积分不等式方法,证明了当通信拓扑为联合连通时,有限时间一致性协议可保证系统在有限时间达到一致.最后给出仿真结果,验证了理论的有效性.     

二阶多智能体系统参数自适应的有限时间一致性算法

目前二阶多智能体系统尚未明确给出自适应参数的确定方法,且系统的收敛速度较慢.为在实际应用中预测飞行器多智能体系统下一时刻的状态并提高收敛速度,提出一种参数自适应的一致性算法.将当前智能体间位置和速度的差值作为一致性协议的反馈参数,研究固定拓扑和切换拓扑情形下二阶多智能体系统的有限时间一致性问题,构造Lyapunov函数,同时利用LaSalle不变集原理和齐次理论,得到系统在有限时间内达到稳定的条件,实现对不同飞行器输入状态的自适应调节.仿真结果表明,该算法能够保证多智能体系统在有限时间内实现一致跟踪,且收敛速度较快.     

具有定常输入的二阶多智能体系统的平均一致性滤波

本文考察了具有定常输入的二阶多智能体系统平均一致性滤波问题,提出了一种比例-积分一致性滤波算法。在定常输入和固定对称连通拓扑的前提下,根据Routh判据和Nyquist判据分别得到二阶多智能体系统在无时延和相同通信时延约束下渐近收敛一致的收敛条件,且多智能体系统最终一致性状态为定常输入的平均值。最后,通过由5个智能体组成的多智能体系统在连通拓扑结构下的数值仿真,验证了理论结果的正确性。     

具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制

研究了具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制问题.分别讨论了具有固定拓扑结构和变化拓扑结构两种情形下二阶多智能体系统在具有随机通信时延情况下的一致性问题.通过构造Lyapunov函数的方法得到多智能体系统的时延依赖稳定判据,并以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了系统稳定的条件.最后,仿真和实验结果验证了研究所得结论的正确性和有效性.     

二阶多智能体系统采样控制的一致性

研究在固定拓扑和切换拓扑下,二阶多智能体系统通过采样控制的一致性问题。首先,对于固定拓扑,给出了二阶多智能体系统通过采样控制达到一致性的充要条件;其次,对于切换拓扑,在所有联合切换拓扑有生成树的前提下,建立基于控制参数和采样周期使二阶系统实现一致性的充分条件。最后,用数值仿真验证所给结论的有效性。     

基于事件触发的二阶多智能体系统平均一致性

针对二阶多智能体系统在固定无向拓扑下的平均一致性问题,为减少不必要的资源浪费,给出一种基于事件触发控制的一致性算法．首先,针对每个智能体设计基于状态误差形式的触发函数,只有当状态误差达到特定值时智能体才触发事件,在两个相邻事件触发时刻之间保持控制输入不变．然后,利用模型转换思想将系统的一致性问题转化为稳定性问题,并利用矩阵理论和李亚普诺夫理论给出系统达到平均一致的充分条件．最后,通过仿真实验验证该理论方案的有效性.     

输入饱和约束下多智能体的有限时间一致

为解决多智能体系统在有限时间跟踪控制过程中受输入饱和影响的问题, 本文研究了输入饱和约束下的 二阶线性多智能体系统的有限时间一致和跟踪控制. 首先在无向通信拓扑下, 利用齐次函数, 设计了基于单饱和函 数的有限时间一致和跟踪控制器. 然后, 应用李雅普诺夫稳定性理论和代数图论等方法证明了控制算法的稳定性. 最后, 给出了能够使多智能体系统实现有限时间一致和跟踪的充分条件. 仿真结果验证了当系统存在输入饱和约束 时, 控制器能使多智能体在有限时间内完成跟踪任务.     

多智能体系统离散时间一致性问题中的参数设计

研究二阶多智能体系统在固定、有向通信拓扑条件下的离散时间一致性问题.针对每个智能体,采用基于速度、位置的分布式控制协议,分析速度、位置增益系数以及采样周期等参数对系统一致性的影响.结果表明,要实现二阶多智能体系统的一致性控制,在保持个体之间通信拓扑有生成树的同时,控制协议中的各个参数还必须满足一定的约束条件.系统拉普拉斯矩阵的特征值和采样周期对系统能否实现渐近一致起到了关键的作用.最后,给出一致性控制中参数设计的一种可行方法,并通过仿真对理论分析的正确性进行验证.     

离散时间混合多智能体的拟平均一致性控制

为了研究混合一阶和二阶异质无向多智能体网络离散时间一致性问题,提出了固定和可变拓扑结构的多智能体网络的拟平均一致性协议.根据Lyapunov函数和代数图论,分析了多智能体网络的稳定性,表明在固定和可变拓扑结构的情况下,混合阶多智能体系统可以达到拟平均一致.对6个节点组成的4种不同的无向网络拓扑结构进行了仿真,结果显示了变拓扑离散时间异质多智能体网络的位置和速度均能达到拟平均一致.仿真结果表明,该算法对混合阶多智能体网络的拟平均一致性控制有效.     

二阶多智能体系统的线性广义一致性

首次针对二阶多智能体系统提出广义一致性的概念;然后探讨有向网络拓扑结构下的二阶多智能体系统的线性广义一致性问题.通过设计有效的控制协议,使用代数图论和稳定性理论,推导获得二阶的多智能体系统以及带有通信延迟的二阶系统实现线性广义一致性的充分且必要条件.结果表明,在有向网络中,耦合增益参数和拉普拉斯矩阵的特征值对达到广义一致起着关键作用;最后,数值仿真验证了结果的正确性.     

基于一类连续非线性函数的多智能体系统有限时间一致性

针对存在时滞的多智能体系统,提出了基于一类连续非线性函数的有限时间一致性算法.利用Lyapunov有限时间稳定性理论和矩阵理论,给出了这类算法使得系统能够在有限时间内达到一致的充分条件,进而给出了一个满足条件的有限时间一致性算法,并对该算法的收敛性进行分析,得到了系统的收敛时间.数值仿真验证了所提出算法的有效性.     

Robust consensus algorithm for second-order multi-agent systems with external disturbances

This article investigates the problem of robust consensus for second-order multi-agent systems with external disturbances. Based on a non-smooth backstepping control technique, a class of novel continuous non-smooth consensus algorithms are proposed for the multi-agent network with/without communication delays. The controller design is divided into two steps. First, for the kinematic subsystem, the velocity is regarded as a virtual input and designed such that the states consensus can be achieved asymptotically. Then for the dynamic subsystem, a finite-time control law is designed such that the virtual velocity can be tracked by the real velocity in a finite time. Under the proposed control law, it is shown that if the communication topology graph contains a directed spanning tree, the states consensus can be achieved asymptotically in the absence of disturbances. In the presence of disturbances, the steady-state errors of any two agents can reach a small region around the origin. By building a relationship between control parameters and the bound of steady tracking errors, it is demonstrated that the disturbance rejection performance of the resulting closed-loop system can be enhanced by adjusting the fractional power in the non-smooth controller. Finally, an example is given to verify the efficiency of the proposed method.     

基于事件驱动的多智能体有限时间分群一致控制

针对二阶线性多智能体系统的分群一致控制问题,考虑智能体通信拓扑同时包含协作和对抗关系,提出一种基于事件驱动控制的有限时间分布式领航跟随分群一致性算法,该算法可使多智能体系统在有限时间内实现分群一致,即各子组内的智能体实现状态一致,不同子组收敛至不同一致状态.采用事件驱动控制机制,设计事件驱动函数及事件触发条件,降低智能体控制器更新频率,减少系统能耗.基于代数图论和李雅普诺夫稳定性理论推导出系统的有限时间稳定性条件,通过巧妙构造Lyapunov函数,给出系统有限收敛时间的显式估计,同时证明在所提出的事件驱动机制下,每个智能体相邻触发时间间隔有严格的正下界,即避免了芝诺行为.仿真实验验证了所提出的有限时间事件驱动分群一致控制算法的有效性.     

异构多智能体系统有限时间一致性分析

研究二阶智能体速度不可测情况下由一阶和二阶智能体构成的异构多智能体系统有限时间一致性问题。在固定拓扑结构下,给出了异构系统实现一致性的控制协议,通过LaSalle不变集原理和齐次控制方法得到了异构系统有限时间一致性的充分条件;在切换拓扑结构下,给出了异构系统一致性的控制协议,得到了异构系统有限时间一致性的充分条件。仿真结果验证了相关结果的有效性。     

Finite-time consensus control for second-order multi-agent systems without velocity measurements

This paper investigates the finite-time consensus problem for second-order multi-agent systems with unknown velocities and disturbances. By introducing the second-order sliding mode observer, two novel distributed finite-time protocols with only relative position measurements are proposed for the both cases with known and unknown boundaries of disturbances. On the basis of Lyapunov stability theorem and homogeneous theory, it is proved that the consensus can be achieved in finite time. Simulation examples are provided to show the effectiveness of the theoretical results.     

具有通信时延和输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题

研究了同时具有时变通信时延和定常输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题.假设多自主体系统的连接拓扑中各节点的输出度相等,采用变量代换将原多自主体系统的一致性问题转化为降阶系统的渐近稳定性问题.根据李亚普诺夫渐近稳定性定理以及线性矩阵不等式法,在通信时延导数信息已知和未知的情况下,分别得到了多自主体系统在静态和连通拓扑结构下渐近一致的充分条件,且该条件与通信时延和输入时延都相关.仿真结果验证了结论的有效性.     

带有通信时滞的二阶多智能体系统一致问题

针对具有双向等时延的二阶无向通信拓扑系统,采用带有通信时滞的线性一致控制率协议,分析了使系统稳定的条件。由于系统的阶次较高,直接对其特征方程进行分析是比较困难的,提出了一种新的分析方法,把系统的特征方程分解为多个子系统的乘积,然后利用CTCR方法,求得每个子系统对应的时滞最大值,比较后得出使系统达到一致稳定的最大时滞,作出了控制率边界曲线图并标出了稳定区域。结果表明,在有向生成树的情况下,当时滞小于决策值时,系统能达到稳定。最后,数值仿真验证了所得结果的有效性。     

Some necessary and sufficient conditions for second-order consensus in multi-agent dynamical systems

This paper studies some necessary and sufficient conditions for second-order consensus in multi-agent dynamical systems. First, basic theoretical analysis is carried out for the case where for each agent the second-order dynamics are governed by the position and velocity terms and the asymptotic velocity is constant. A necessary and sufficient condition is given to ensure second-order consensus and it is found that both the real and imaginary parts of the eigenvalues of the Laplacian matrix of the corresponding network play key roles in reaching consensus. Based on this result, a second-order consensus algorithm is derived for the multi-agent system facing communication delays. A necessary and sufficient condition is provided, which shows that consensus can be achieved in a multi-agent system whose network topology contains a directed spanning tree if and only if the time delay is less than a critical value. Finally, simulation examples are given to verify the theoretical analysis.     

一类多时变时延异质多智能体系统的组一致性

研究了一类由一阶和二阶智能体组成的异质多智能体系统的组一致性问题．首先,在多时变时延异质系统中设计了实现静态组一致的控制算法;其次,运用稳定性理论和线性矩阵不等式,分别给出了无时延、同时具有通信与输入时延的异质多智能体系统实现组一致性的充分条件;再次,通过求解一组可行的线性矩阵不等式,得到了输入时延的容许上界,并得出了通信时延与异质多智能体系统的组一致性无关的结论;最后,仿真结果验证了理论结果的有效性．     

Finite-time consensus for multi-agent systems via nonlinear control protocols

This paper investigates the fnite-time consensus problem of multi-agent systems with single and double integrator dynamics,respectively.Some novel nonlinear protocols are constructed for frst-order and second-order leader-follower multi-agent systems,respectively.Based on the fnite-time control technique,the graph theory and Lyapunov direct method,some theoretical results are proposed to ensure that the states of all the follower agents can converge to its leader agent s state in fnite time.Finally,some simulation results are presented to illustrate the efectiveness of our theoretical results.