一类异构多智能体系统有向图下的广义平均一致性分析

本文对有向图下离散时间一阶二阶混合的异构多智能体系统广义平均一致性问题进行研究.首先给出了该异构系统广义平均一致性的基本概念.在此基础上,针对平均一致性研究中对交互拓扑为平衡网络的局限,提出了一种基于辅助变量的线性一致性协议,对每一个智能体增加一个辅助变量,用于记录个体的状态更新.采用图论、非负矩阵理论、特征值扰动等方法进行分析证明,表明该协议使得异构多智能体系统在任意强连通有向图下达到广义平均一致性.并对收敛值的性质进行了分析.最后,通过仿真对该结论进行了验证.     

完全分布式异构多智能体系统有限时间跟踪

针对异构二阶非线性多智能体系统有限时间跟踪问题,提出一种完全分布式一致性控制方法,消除对于误差上界与Laplacian矩阵特征值等全局信息的依赖.设计一种只包含局部信息的有限时间一致性协议,并提出自适应增益的分布式切换机制,使得各增益以分段常数的方式进行调节,简化了相邻两次切换时间区间内稳定性分析过程.通过反证法证明多智能体系统必将实现有限时间一致性,并且自适应增益保持有界.仿真结果验证了所提出的完全分布式一致性协议的有效性.     

基于公共邻居的MHK一致性协议及其稳定性分析

如何增强多智能体系统一致性收敛是其一致性研究的重要问题。提出了一种新的MHK（multi-agent-based Hegselmann-Krause）一致性协议,该协议将智能体间的公共邻居作为切换网络下多智能体分布式协作的重要调控因素。针对该协议下的多智能体系统设计了能量函数,分析并证明了该系统具有李雅普诺夫意义下的稳定性,将收敛为一个或多个子观点集群。数值仿真采用增量分析方法考察了系统所收敛的观点集群数量与初始拓扑区间长度的关系;实验表明,该协议使多智能体系统收敛为数量更少的观点集群。所提出的基于公共邻居的MHK一致性协议能够有效提高切换网络的连通性,从而增强系统的一致性收敛,并能为观点演化模型的控制与优化提供理论支撑。     

基于神经网络逼近的异构多智能体系统二分拟一致性

研究一类具有未知动力学的二阶异构非线性多智能体系统二分拟一致性问题.针对二阶多智能体系统中未知的非线性动态,基于神经网络逼近理论设计一类自适应控制协议,以保证所有智能体最终收敛到有界区域内.借助Lyapunov稳定性理论和不等式技巧得到异构多智能体系统实现领导-跟随二分拟一致性的充分性条件,并给出一致性误差的上界.最后通过数值仿真验证了理论结果的有效性.     

基于非光滑采样控制算法的二阶有向多智能体系统的一致性

针对二阶有向多智能体系统的一致性问题,在连续时间域和离散时间域分别提出一种非光滑控制协议.首先,提出一种连续时间非光滑一致性协议,通过李雅普诺夫理论和齐次系统理论,证明在无扰动情况下可以实现智能体状态的有限时间一致,而在有扰动情况下智能体状态之间的误差将收敛到一个与控制参数和外部扰动相关的范围内;然后,基于采样控制,提出离散非光滑一致性协议,进一步分析采样周期对智能体状态之间误差的影响,并给出误差收敛区间与控制参数、外部扰动和采样周期关系的显性表达式;最后,通过仿真实例验证理论的正确性和有效性.     

多智能体系统初始状态一致性应用研究

针对一阶多智能体系统,研究了含有时滞和不含时滞两种情形下收敛到初始状态（认为初始状态都为0）的问题,提出了一种使多智能体系统能够收敛到初始状态的一致性协议。在此一致性协议的基础上,严格推导了该多智能体系统达到初始状态的充分性判据。结合无人机编队中的应用,给出了两种情况下多智能体系统收敛到初始状态的仿真,验证了所提出的一致性协议的正确性以及充分性判据的有效性。     

通信受限的多智能体系统二分实用一致性

针对存在量化数据、通信时滞等通信约束以及带有竞争关系的多智能体系统, 研究其二分实用一致性问题, 提出了一种基于量化器的分布式控制协议. 该协议基于结构平衡拓扑假设, 通过规范变换将具有竞争关系系统转变为具有非负连接权重系统, 使二分实用一致性问题转变为一般实用一致性问题. 利用微分包含理论、菲利波夫解的框架、代数图论以及Lyapunov稳定性理论, 证明了在本文所提控制策略下, 具有竞争关系的多智能体系统能实现二分实用一致, 即智能体状态收敛至模相同但符号不同的可控区间, 并给出了误差收敛上界值. 仿真试验进一步验证了理论结果的有效性.     

一类异构多智能体系非线性协议下的一致性分析

针对一阶、二阶混合异构多智能体系统一致性问题研究中,存在状态不可测和系统最终仅可以获得静态一致性的问题,提出了一种具有参考速度的非线性一致性协议.在此基础上,首先,将一致性分析转化为稳定性证明;然后,构造李亚普诺夫函数;最后,基于李亚普诺夫稳定性理论和拉塞尔不变集原理,分析得出了该异构系统获得一致性的充分条件.仿真结果表明,满足文中的条件,系统在所提出的协议下获得了一致性.     

基于有向网络的多智能体系统快速一致性

针对具有二次积分动态的多智能体系统在有向网络下的快速一致性问题,提出了基于智能体当前状态和过去状态的快速一致性协议.利用矩阵理论和频域分析法,分别给出了多智能体系统达到静态一致性和动态一致性的充要条件,同时得到该协议能够使系统分别快速地达到静态一致和动态一致的过去状态区间.仿真示例验证了所提出协议的有效性.     

基于二阶邻居事件触发多智能体系统的一致性

针对多智能体系统的平均一致性问题,采用二阶邻居信息设计一致性协议以加速一致性收敛速度。同时,为了减少系统的通信次数,基于事件控制的方法被用于一致性协议的设计中。首先在固定拓扑网络下研究了多智能体系统利用二阶邻居信息来加速一致性收敛速度的问题,随后在切换拓扑网络下对类似问题进行了分析。最后,把该协议应用到数值仿真中,并与只利用一阶邻居信息的协议比较,仿真结果表明所设计的协议能够加快收敛速度。     

一类离散时间异构多智能体系统的一致平衡点分析

针对包含一阶二阶智能体的异构系统, 提出一种线性一致性协议. 利用图论和矩阵分析方法分析系统获得一致性的充分条件和一致平衡点, 并证明仅网络中的根节点对平衡点起作用. 在此基础上, 分析平衡点的取值范围,通过参数优化可以使系统收敛到该范围内任意给定的期望值. 最后, 通过仿真分析表明了理论分析的正确性.

     

异构变时延多智能体系统编队控制分析

实际工程应用中,异构多智能体的编队控制问题研究具有十分重要的意义。考虑现实环境影响,编队系统个体之间的通信变时延难以忽略。系统收敛速率是评价系统性能的重要依据,然而现有编队控制问题研究很少能给出相应的量化指标。针对上述情形,对包含一、二阶智能体的异构变时延系统的编队控制问题进行分析研究。首先,考虑固定有向通信拓扑情况,对领航跟随者模式下异构变时延多智能体系统提出线性一致性控制协议。然后,构建误差系统模型,利用图论与矩阵论分析方法,并结合Routh-Hurwitz定理与牛顿-莱布尼兹公式,获得系统实现编队控制的充要条件,同时得到估算系统收敛速率的不等式关系。最后,仿真算例中随机给定一种系统节点0全局可达的通信拓扑,并对不同时延情况的编队控制效果进行分析,验证一致性控制协议的正确性和有效性。     

事件触发下多智能体系统一致性的干扰主动控制

本文针对带有外部干扰影响的多智能体系统,研究了基于事件触发机制下的多智能体系统Leader-Following一致性的控制问题.采用干扰观测器来估计系统中存在的干扰,并设计了基于事件触发机制的干扰主动控制方案.运用现代控制理论和矩阵论等工具分析了多智能体协同运动算法得到了多智能体系统在分布式事件触发机制下的一致性收敛条件,并且分析了本文设计的分布式事件触发机制的时间间隔存在正的下界.最后通过计算机仿真,验证了本文所提控制算法的有效性.     

非仿射非线性多智能体系统迭代学习一致跟踪

为了解决非仿射非线性多智能体系统在给定时间区间上一致性完全跟踪问题,基于迭代学习控制方法设计一种分布式一致性跟踪控制算法.首先,由引入的虚拟领导者与所有跟随者组成多智能体系统的通信拓扑,其中虚拟领导者的作用是提供期望轨迹.然后,在只有部分跟随者能够获得领导者信息的条件下,利用每个跟随者及其邻居的跟踪误差构造每个跟随者的迭代学习一致性跟踪控制器.同时采用中值定理将非仿射非线性多智能体系统转化仿射形式,并基于压缩映射方法证明所提算法的收敛性,给出算法的收敛条件.理论分析表明,在智能体的非线性函数未知情况下,利用所提算法可以使非仿射非线性多智能体系统在给定时间区间上随迭代次数增加逐次实现一致性完全跟踪.最后,通过仿真算例进一步验证所提算法的有效性.     

Distributed consensus of heterogeneous multi-agent systems with fixed and switching topologies

In this article, we study distributed consensus of heterogeneous multi-agent systems with fixed and switching topologies. The analysis is based on graph theory and nonnegative matrix theory. We propose two kinds of consensus protocols based on the consensus protocol of first-order and second-order multi-agent systems. Some necessary and sufficient conditions that the heterogeneous multi-agent system solves the consensus problems under different consensus protocols are presented with fixed topology. We also give some sufficient conditions for consensus of the heterogeneous multi-agent system with switching topology. Simulation examples are provided to demonstrate the effectiveness of the theoretical results.     

输入与速度饱和的异构多智能体系统的一致性

针对由一阶与二阶智能体构成的异构多智能体系统具有输入和速度饱和特性,系统无法达到一致性的问题,构建了无领航者和有领航者的异构多智能体分布式控制器,并给出了系统达到一致性的充分条件。通过Lyapunov稳定性理论和Lasalle不变集原理推导出了系统稳定性的充分条件,并以此计算出了通信增益的取值范围。对具有输入和速度饱和特性的无领航者异构多智能体系统进行数值仿真,结果显示,当选取的通信增益不在合适的范围内时,无领航者的异构多智能体系统无法实现一致性;而通过提出的增益选取方法选取通信增益时,异构多智能体系统可以克服输入和速度的饱和特性,进而实现异构多智能体系统的半全局一致性。对具有输入和速度饱和特性的领航跟随异构多智能体系统进行数值仿真的结果则证明了通信增益的计算方法也适用于异构多智能体系统的半全局领航跟随一致性控制。     

多智能体网络系统的能控性代数条件

能控性是多智能体系统研究的核心问题,主要包括结构可控性和精准可控性。对多智能体系统的模型和能控性代数条件进行了总结。在相对协议和绝对协议条件下,运用图论和矩阵论的知识系统分析了多智能体系统能控性的代数条件。按照同质多智能体到异质多智能体的顺序,对现有的多智能体系统模型和代数条件进行了梳理,并在已有结论的基础上对多智能体系统能控性的代数条件进行了改善,进一步提出了新的代数条件。多智能体能控性代数条件的改进大大简化了能控性的计算量。     

Distributed consensus for discrete-time heterogeneous multi-agent systems

This paper studies the consensus problem for a class of discrete-time heterogeneous multi-agent systems. Two kinds of consensus algorithms will be considered. The heterogeneous multi-agent systems considered are converted into equivalent error systems by a model transformation. Then we analyse the consensus problem of the original systems by analysing the stability problem of the error systems. Some sufficient conditions for consensus of heterogeneous multi-agent systems are obtained by applying algebraic graph theory and matrix theory. Simulation examples are presented to show the usefulness of the results.     

Swarm aggregations of heterogeneous multi-agent systems

This paper investigates the problem of swarm aggregations of heterogeneous multi-agent systems. Comparing with the existing studies on swarm aggregations of homogeneous multi-agent systems, this paper is much more resembling the practical situations, where the agents have different dynamics. We show that the heterogeneous agents will gather with a certain error under some assumptions and conditions. The stability properties have been proven by theoretical analysis and verified via numerical simulation. The stability of the heterogeneous multi-agent systems has been achieved based on matrix theory and the Lyapunov stability theorem. Numerical simulation is given to demonstrate the effectiveness of the theoretical result.