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。     

有限时间内异构多智能体系统的协同输出调节

针对异构多智能体系统有限时间输出调节问题,本文提出了分布式有限时间状态观测器控制算法和相应的输出反馈控制策略.应用图论、Lyapunov稳定性理论证明了所设计的观测器能够在有限时间内估计出外部系统状态,同时可以保证系统在有限时间内的稳定性,很好的解决了当部分跟随者无法获取外部命令时的有限时间输出调节问题.最后,通过MATLAB数值仿真验证了该协议的有效性和正确性,仿真结果表明系统除了在有限时间内获得更快的收敛速度外,还具有良好的暂态性能.     

多智能体系统的分布式快速有限时间二分跟踪一致性

研究带有不确定扰动的一阶非线性多智能体系统的分布式快速有限时间二分跟踪一致性问题,其中领导者具有所有跟随者都未知的外部输入.基于全局有限时间稳定性理论、代数图论和变量变换,提出并分析一种静态分布式非光滑协议,证明在含扰动的非线性多智能体系统中,所有跟随者能在有限时间内快速地跟踪上时变的期望状态.该协议的局限性是控制增益会依赖于某些全局信息,如Laplacian矩阵的谱.为了消除这一限制,进一步设计一种自适应分布式协议.理论分析表明,所考虑的多智能体系统在控制增益不依赖于全局信息的前提下同样能实现快速有限时间二分跟踪一致性.最后通过两个仿真实例验证所提算法的可行性和有效性.     

二阶非线性多智能体系统有限时间分布式优化

本文研究一类具有未知常参数的二阶非线性多智能体系统的有限时间自适应分布式优化.首先,通过给定各个智能体的二次目标函数,并结合多智能体系统达到一致性的条件,构造含有惩罚因子的惩罚函数,提出加速智能体状态收敛至目标函数最优解的控制策略.其次,在给定惩罚因子下,基于幂积分方法和有限时间稳定理论,设计有限时间分布式自适应控制协...     

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.     

受扰多智能体系统有限时间分布式时变优化

多智能体系统有限时间分布式优化,即设计分布式控制算法使得多智能体系统能够在有限时间内达到一致,且使得系统中的代价函数的加和最小.其中,每一个智能体只能够获取到本地代价函数的信息.在一些常见的应用场景中,代价函数的值不仅取决于智能体自身的状态,同时也与时间有关.因此,分布式时变优化算法在实际多智能体系统中具有更好的可用性.现有的多智能体系统分布式时变优化算法大多为渐近优化算法,且要求系统具有无向图或者有向平衡图,在算法实际部署中存在一定的局限性.因此,本文在任意强连通有向图下研究了受扰多智能体系统有限时间分布式时变优化问题.首先,本文基于有限时间稳定性理论和数值图论提出了一类新的有限时间分布式优化算法,该算法可以在具有任意强连通有向图的受扰多智能体系统中实现分布式时变优化.随后,文章还将新提出的分布式优化算法进行了扩展,用以解决具有有向切换拓扑的受扰多智能体系统有限时间分布式时变优化问题.提出的两种分布式算法均可以对多智能体系统中的干扰进行抑制,且不需要使用Hessian信息以及梯度对时间的偏导信息.最后,通过仿真实例验证了理论结果的正确性.     

有限时间内的动车组群分布式协同巡航多智能体控制

本文研究了动车组群系统的移动闭塞协同巡航控制问题,通过设计有限时间分布式协同控制算法实现了多车高速协同巡航.算法取消了动车组中心控制单元,将单列动车组的每个动力单元视为一个智能体,不同动车组之间的智能体形成多智能体群系统.设计了动车组智能体有限时间分布式协同控制算法,该算法首先实现了单列动车组各个动力单元快速追踪到期望的速度,且保证车钩位移在安全范围内,其次该算法还能实现动车组群高速巡航等间距运行,提高了线路利用率的同时避免了碰撞.最后进行了理论分析,证明了算法的稳定性和有限时间收敛性,并提供了仿真结果验证了该算法的有效性.     

多智能体系统自适应跟踪控制

基于带有非线性动态的二阶多智能体系统,研究了在有动态领导者条件下的跟踪一致性问题。假设跟随者只能获取邻居智能体的相对状态信息,只有一部分跟随者可以获得领导者的位置和速度信息,领导者的控制输入非零且不被任何一个跟随者可知。在通信拓扑为无向连通图的条件下,为了避免全局信息的不确定性,设计了分布式自适应控制协议。将系统的一致性问题转化为误差系统的一致性问题,通过Lyapunov稳定性理论和矩阵理论分析得到了该协议使系统达到一致的充分条件。最后用仿真例子证明了设计方法的有效性。     

具有外部干扰的混合阶多智能体系统的有限时间一致性

针对基于定变拓扑网络的具有外部干扰的混合阶多智能体系统的有限时间一致性问题,设计一个分布式有限时间控制律.将原始系统转换为一个等效系统,即一阶和二阶子系统的混合系统,保证了所有智能体达到有限时间一致性的条件.通过两个仿真实例验证了该理论及方法.     

基于梯度估计的多智能体系统有限时间分布式优化

现有多智能体系统分布式优化算法大多具有渐近收敛速度,且要求系统的网络拓扑图为无向图或有向平衡图,在实际应用中具有一定的保守性.本文研究了具有强连通拓扑的多智能体系统有限时间分布式优化问题.首先,基于非光滑分析和Lyapunov稳定性理论设计了一个有限时间分布式梯度估计器.然后,基于该梯度估计器提出了一种适用于强连通有向图的有限时间分布式优化算法,实现了多智能体系统中智能体的状态在有限时间内一致收敛到全局最优状态值.与现有的有限时间分布式优化算法相比,新提出的有限时间优化算法适用于具有强连通拓扑的多智能体系统,放宽了系统对网络拓扑结构的要求.此外,本文基于Nussbaum函数方法对上述优化算法进行了拓展解决了含有未知高频增益符号的多智能体系统分布式优化问题.最后,通过仿真实例对提出的分布式优化算法的有效性进行了验证.     

Transformation groups for weakly non-linear periodic systems†

The method of infinitesimal transformations is applied to weakly non-linear periodic systems described by n first-order coupled differential equations. The transformation groups, which leave the equations invariant, are determined by a perturbation method, Those transformations roduce the systems to non-linear autonomous form. The equivalence of the results of the method, within the first-order approximation, to other averaging and perturbation techniques is illustrated by an example of a second-order system.     

动态事件触发机制下二阶多智能体系统完全分布式控制

本文研究了无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题, 分别针对有领导者和无领导者的情形, 设计了一类基于辅助动态变量的完全分布式事件触发控制策略, 该策略具有参数较少且易调等特点. 智能体自身的触发函数满足条件时才向邻居广播自身的状态信息, 有效避免了连续通信, 减少了系统能量耗散. 每个智能体的控制协议和触发函数都只用到自身的状态和邻居触发时刻的状态, 不涉及邻居的实时状态信息, 也不依赖通信拓扑网络的任何全局信息. 利用代数图论以及Lyapunov稳定性理论, 证明在所提出的控制策略下, 二阶多智能体系统能够实现渐近一致性, 且不存在Zeno行为. 仿真示例进一步验证了理论结果的有效性.     

Feedforward—feedback control of distributed parameter systems†

Regulatory control of distributed systems subjected to load disturbances is considered by using feedforward and state measure control configurations. Dynamic compensation of the feedforward signal is accomplished with a lead-lag function, the time constants of which are determined by means of a numerical search technique. Compensation of the state measure signal is provided by the distributed nature of the process itself. Exit temperature regulation of a tubular heat exchanger acted upon by velocity and inlet temperature disturbances is considered as an application for feedforward control. Considerably better performance is obtained with the addition of dynamic compensation to the feedforward signal. State measure control is applied to the exchanger for a feed temperature upset and the effects of sensor location on outlet performance are investigated. An optimal sensor location is determined which minimizes the integral-square error at the outlet.     

Finite-time consensus for leader-following second-order multi-agent system

The finite-time consensus problems of second-order multi-agent system under fixed and switching network topologies are studied in this article. Based on the graph theory, LaSalle's invariance principle and the homogeneity with dilation, the finite-time consensus protocol of each agent using local information is designed. The leader-following finite-time consensus is analysed in detail. Moreover, some examples and simulation results are given to illustrate the effectiveness of the obtained theoretical results.     

切换拓扑下多智能体系统的固定/预定时间优化一致性

研究切换拓扑下多智能体系统的固定/预定时间优化问题,提出基于指数函数的分布式固定/预定时间优化算法.首先,所提出算法由两个阶段构成:第1阶段确保智能体的状态在固定/预定时间内收敛至各自的局部最优状态,从而消除零梯度和算法对系统初始状态位于其局部最优解处的要求;第2阶段实现智能体的状态在固定/预定时间内收敛至优化问题的全局最优解.然后,利用凸优化理论、Lyapunov稳定性理论,分析算法在通信拓扑切换下的收敛性.所提出的两种算法均无需交换梯度以及Hessian矩阵信息,其设计不依赖符号函数,且所需参数较少.最后,通过数值仿真验证上述理论结果.     

切换拓扑下事件触发多智能体系统预定时间一致性

本文研究了具有非线性不确定性的多智能体系统在切换拓扑下的预定时间一致性问题,提出了基于事件触发的分布式预定时间一致性控制算法.该算法在节约资源的情况下,可使系统在预设时间内实现一致.通过代数图论和Lyapunov理论证明系统的预定时间稳定性,且不存在Zeno行为.仿真对比实验验证了所提算法的可行性和有效性.相较于有限时间控制算法,本算法的收敛时间界与初始状态无关,可通过选择单一时间参数设定系统收敛时间上界;相较于固定时间控制算法,本算法的预设收敛时间与控制算法参数无关,设定简单,且预估收敛时间具有更低的保守性.     

Finite-time consensus of multiple second-order dynamic agents without velocity measurements

This article considers the finite-time consensus of multiple second-order dynamic agents without velocity measurements. A feasible protocol under which each agent can only obtain the measurements of its position relative to its neighbours is proposed. By applying the graph theory, Lyapunov theory and the homogeneous domination method, some sufficient conditions for finite-time consensus of second-order multi-agent systems are established under the different kinds of communication topologies. Some examples are presented to illustrate the effectiveness of the theoretical results.