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。     

高阶时滞多智能体系统一致性控制

本文讨论了多输入网络化时滞多智能体系统的一致性问题.应用无向或有向图描述网络化系统的拓扑结构.多智能体的一致性收敛问题可以转化为线性时滞系统的稳定性问题.通过双线性矩阵不等式可以得到高阶多智能体系统时滞相依以及时滞独立的一致性准则.最后,举例一个无向拓扑结构的时滞多智能体来说明本文方法的有效性.     

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。     

一类多时延异质多智能体系统的一致性

针对一类具有多变时延的一阶与二阶异构多智能体系统,研究了一致性问题。首先在异质系统中设计了一致性控制算法,通过将一阶、二阶系统重排和模型变换,使原系统分解成多个简单子系统;其次,利用李雅普洛夫稳定理论,分别在固定有向拓扑结构和切换有向拓扑结构下,以线性矩阵不等式的形式给出了系统达到平均一致的充分条件;再次,通过求解一组可行的线性矩阵不等式,得到了多时延的一个容许上界;然后讨论了时延导数和控制增益对时延容许上界的影响,得出了时延上界与时延导数和控制增益分别成正相关及反相关,时延导数未知时的时延上界相对较小的结论;最后的仿真结果表明了理论结果的有效性。     

多智能体系统的非震颤固定时间一致性

研究了多智能体系统的非震颤固定时间一致性问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,导出了实现固定时间一致性的充分条件,其中到达一致时间的上界估计不再依赖于多智能体系统的初始状态条件。此外,与传统含有符号函数的有限时间和固定时间控制器不同的是,所提出的新颖控制方案是非震颤的,有利于多智能体系统的一致性性能表征。最后,用一个数值例子验证了理论分析结果的有效性和可行性。     

临界状态下三维仿射控制系统的局部光滑镇定

讨论三维仿射非线性控制系统,在具有零和一对共轭纯虚数特征值的临界状态下的局部光滑镇定性.首先,应用非奇异线性状态变换和时间尺度变换,将系统转化成标准形式.之后,运用形式级数法的思想和扩展正则判别函数法,构造多组线性方程组,给出确定光滑控制律和闭环系统李雅普诺夫函数的一种方法,从而得到该标准化系统局部光滑镇定的充分条件.示例说明该方法是有效的.     

非光滑非线性系统的非光滑连续控制

针对具有非光滑非线性的系统,提出了一种非光滑连续控制方法,通过非光滑建模方法能够快速精确地补偿系统中有害的非光滑非线性,同时通过非光滑连续控制引入一些有益的非光滑非线性以获得快速高精度的控制性能,给出了实验迟滞曲线和建模结果。讨论了该项技术在非光滑非线性控制系统中的应用前景。     

二阶智能体的分布式非光滑资源分配算法

分布式资源分配问题旨在满足局部约束下完成一定量资源分配的同时使全局成本函数最小.首先,针对无向连通网络下二阶积分器型线性智能体系统,结合Karush-Kuhn-Tucker条件,提出一种初始值任意的分布式优化算法,其中,全局等式约束对偶变量实现比例积分控制,局部凸函数不等式约束对偶变量实现自动获取.当全局成本函数为非光滑凸函数时,借助集值LaSalle不变性原理理论证明所提出算法渐近收敛到全局最优解.其次,将所提出算法推广至无向连通网络下参数未知的Euler-Lagrange多智能体系统.当全局成本函数为非光滑凸函数时,借助Barbalat引理理论证明所提出算法渐近收敛到全局最优解.最后,通过数值仿真验证了所提算法的有效性.     

分布式事件触发多自主体领导跟随一致性研究

为了提高系统的通信效率和能源利用率,减少多自主体系统硬件资源的浪费,提出了只需要自主体自身及其最近邻居节点信息的分布式事件触发控制算法。研究了带有动态领导者的二阶多自主体系统领导跟随一致性问题。应用矩阵论和现代控制理论研究了在分布式事件触发机制下的二阶系统,得到了基于事件触发机制的多自主体系统协同运动的收敛条件。通过理论分析与计算表明,在此控制协议下不会存在芝诺行为,并且多自主体系统可以实现领导跟随一致性。最后,应用计算机仿真验证了本文所提控制协议的可靠性。     

Maximizing Convergence Speed for Second Order Consensus in Leaderless Multi-Agent Systems

The paper deals with the consensus problem in a leaderless network of agents that have to reach a common velocity while forming a uniformly spaced string.Moreover,the final common velocity(reference velocity)is determined by the agents in a distributed and leaderless way.Then,the consensus protocol parameters are optimized for networks characterized by a communication topology described by a class of directed graphs having a directed spanning tree,in order to maximize the convergence rate and avoid oscillations.The advantages of the optimized consensus protocol are enlightened by some simulation results and comparison with a protocol proposed in the related literature.The presented protocol can be applied to coordinate agents such as mobile robots,automated guided vehicles(AGVs)and autonomous vehicles that have to move with the same velocity and a common inter-space gap.     

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。     

具有时滞的混合阶多智能体系统的组一致性

针对由离散时间一阶和二阶智能体组成的混合阶多智能体系统,研究其在固定和切换拓扑结构下受通信时滞影响时的组一致性问题。分别为两类智能体提出组一致性协议,引入模型变换,将闭环系统转化为等价系统。在一定假设条件下,以代数图论、矩阵理论为主要研究工具,分别在固定和切换拓扑结构下给出了混合阶多智能体系统实现渐近组一致性的条件。采用数值仿真对所得结果的有效性进行了验证。     

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.     

含通信延时及输入延时的线性多智能体的一致性

针对通信延时及输入延时并存的情况下,研究具有一般线性动态特性的高阶多智能体在固定且无向的网络拓扑下的一致性.通过将多智能体的特征方程分解为一系列低阶的因子,一致性问题转换为一系列低阶因子的稳定性分析问题,降低了问题的分析复杂度.进一步地,分析无延时情况下多智能体达到一致性的控制增益的取值范围,即增益的稳定区间.当从稳定区间选取一个固定的控制增益时,应用频率扫描高级聚类法分析多个因子在两延时参数空间中的稳定性,并由此获得多智能体延时无关及延时相关的一致性结论.一个说明性的例子验证了分析结论.     

带有智能领导者的网络系统分群投影一致性

针对多智能体系统在分群结构下投影一致性问题,引入了一种新的领导者称之为智能领导者。与传统的领导者相比,智能领导者可以获取和利用相邻跟随者位置信息,这些信息是否会用于调整智能领导者的控制算法由事件触发函数决定,从而很大程度上提高了系统的鲁棒性和容错性。设计了一个新颖的分布式控制协议;利用矩阵理论和Lyapunov稳定性理论,给出了系统在分群结构下实现投影一致性的充分条件;基于拉普拉斯变换性质,分析了当一些跟随者发生执行器故障时,系统能够保证跟踪误差有界;最后数值仿真验证了结果的有效性。     

多自主体量化趋同与有限数据率趋同综述

对近年来系统控制学科的一个前沿热点领域——多自主体系统的量化趋同和有限数据率趋同问题进行了回顾和总结. 介绍了该领域产生和发展的背景及意义; 分门别类地回顾了该领域一些代表性成果和研究方法; 并结合多自主体系统和网络化控制的大背景,对该领域未来可能的研究方向进行了展望.     

基于间歇事件触发控制二阶多智能体网络的一致性*

针对二阶多智能体网络在无向连通拓扑结构下的间歇控制一致性问题,引入了合适的事件触发控制算法,该算法能够有效的减少控制器的更新次数。同时,模型中的每个智能体具有非线性项,使得多智能体网络更为实际。采用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,对网络进行了一致性分析,给出了事件触发控制算法下二阶多智能体网络趋于一致的充分条件,得到了网络通讯间隔的要求,并排除了Zeno现象。最后,数值仿真结果进一步验证了理论分析的正确性。     

Decentralized Event-Triggered Average Consensus for Multi-Agent Systems in CPSs with Communication Constraints

The paper investigates decentralized event-triggered average consensus problem for multi-agent systems in cyberphysical systems (CPSs) with communication constraints. To reduce communication burden and improve the communication efficiency of multi-agent systems in CPSs, event-trigger is distributed at subsystem/agent level. A multi-agent system is then modeled as a reduced dimension hybrid system by taking into account decentralized event-triggered mechanism, communication delays and data dropouts within one framework. Some sufficient conditions for average consensus of each agent and an upper bound of communication delay and maximal allowable number of successive data dropouts (MANSD) are obtained, which can conveniently provide the relationship between the triggering parameters, communication constraints and the system stability. Specially, the quantitative relationship between the triggering parameters, MANSD and the system stability is derived. Finally, simulation results are given to illustrate the effectiveness of the proposed method.