异质多智能体系统的合围控制

在固定有向拓扑下,研究由一阶与二阶动力学智能体组成的异质多智能体系统的合围控制问题.首先,分别针对系统内同时包含一阶动力学领航者和二阶动力学跟随者、二阶动力学领航者和一阶动力学跟随者的两种情况,共给出4种有效的控制协议;其次,综合利用代数图论、矩阵理论和稳定性分析工具,通过系统变换方法或构建误差向量法得到上述两类异质多智能体系统能够实现合围控制的判据条件;最后,通过仿真进一步验证所提出协议的有效性.     

离散异质多智能体系统的分组一致性控制

针对一类混合异质多智能体系统的分组一致性控制问题进行了研究。具体分析了由一阶智能体和二阶智能体组成的混合异质系统,研究其在离散情况下的分组一致性。基于两个合理的假设提出了线性控制协议,运用代数图论、稳定性理论和矩阵理论,分析协议作用下闭环系统的系统矩阵及动态特性,取得了系统渐近实现分组一致性的充分条件,该条件与系统拓扑结构、采样周期以及控制参数有关。结论同时适用于有向拓扑与无向拓扑,最后通过仿真实例对所得分析结果进行了验证。     

一类异质多智能体系统的一致性控制

针对一类由连续时间一阶和二阶智能体组成的异质多智能体系统,首先给出一阶和二阶智能体实现一致性的算法,其次利用图论和矩阵理论相关知识,在固定有向拓扑结构下,给出异质多智能体系统实现一致性的充要条件,且在一致性实现时给出一致性状态的确切表达式;在切换拓扑结构下,给出异质多智能体系统实现一致性的充分条件。最后给出数值算例验证了相关结论的有效性。     

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.     

拒绝服务攻击下领导-跟随多智能体系统的均方一致性研究

针对带有过程噪声和测量噪声的领导-跟随多智能体系统,研究拒绝服务攻击下多智能体系统的一致性问题.首先,设计基于卡尔曼滤波的状态观测器,对智能体状态进行有效准确的估计;然后,基于预测控制理论提出一种基于状态估计信息的分布式预测控制算法,从而实现领导-跟随多智能体系统的均方一致性控制,并给出拒绝服务攻击环境下实现领导-跟随多智能体系统均方一致性的充分必要条件;最后,通过数值仿真验证所提出方法的正确性和有效性.     

网络攻击下双层结构多智能体系统一致性

研究了遭受网络攻击的双层结构多智能体系统的一致性问题。针对包含领导层和跟随者层的双层网络结构的多智能体系统,考虑了如下情况：领导层相邻智能体之间为友好合作关系,跟随者层相邻智能体之间既包含友好合作也包含对抗竞争关系,同时领导层与跟随者层中部分对应智能体之间存在牵制关系。分析了受网络攻击的领导层多智能体系统、跟随者层多智能体系统和双层网络结构多智能体系统的节点之间的一致性关系。基于线性矩阵不等式（LMI）、李雅普诺夫稳定性理论和图论等相关知识给出了领导层多智能体系统节点间实现一致,跟随者层多智能体系统节点间实现二分一致,以及双层结构的多智能体系统之间实现点对点二分一致的充分性判据。最后,给出了具体的数值仿真例子,实现了遭受网络攻击的双层结构多智能体系统的一致性,验证了所给出的判据的有效性。     

异质多智能体系统二分一致性的充要条件

针对由一阶智能体和二阶智能体组成的异质多智能体系统的二分一致性问题,对连续和离散系统情形分别设计了二分一致性协议。基于结构平衡的拓扑,通过规范变换实现了从具有敌对关系的系统到具有非负连接权重系统的转化,将二分一致性问题转变为一般一致性问题。进一步,运用代数图论和矩阵理论分析闭环控制系统的动态特性,得到了异质多智能体系统渐近实现二分一致性的充要条件。最后通过数值模拟验证了所得结果的有效性。     

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.     

基于牵制控制的异质多智能体系统的群一致性研究

为了研究由线性的一阶智能体、二阶智能体和非线性的EL （Euler-Lagrange）结构智能体组成的异质多智能体系统的群一致性,并实现同一个子群中智能体状态趋于期望的状态,针对无向的固定拓扑情况,提出了基于牵制控制的分布式控制协议。并通过代数图论、李雅普诺夫函数和拉塞尔不变集原理证明了控制协议的可行性。数值仿真结果表明:在所提控制协议作用下能够实现包含非线性EL结构的异质多智能体系统的群一致性,与未引入牵制控制的群一致性算法相比各个子群能够趋于期望的状态。     

基于事件触发的二阶多智能体领导跟随一致性

研究二阶多智能体系统在固定有向拓扑下的领导跟随一致性问题.为了节省网络和计算资源,给出一种基于事件触发控制的一致性算法.针对每个跟随者智能体,设计基于状态误差形式的触发函数,只有当状态误差满足一定条件,即触发函数取值为零时智能体才触发事件,同时更新并传递自身的采样信息,在两个相邻事件触发时刻之间,控制输入只受领导者控制信号的影响.利用模型变换、矩阵理论和Lyapunov稳定性理论给出多智能体系统达到领导跟随一致性的充分条件.仿真结果验证了理论方案的可行性和有效性.     

速度不可测的异构多智能体系统一致性分析

近年来,随着异构系统在实际中的广泛应用,异构多智能体系统一致性分析成为研究热点。针对一阶部分智能体控制输入有界、二阶智能体速度不可测的异构多智能体系统,在无向网络拓扑图下给出了无领导者和有领导者两种控制输入设计方法,基于图论知识和LaSalle不变集原理给出了该异构系统实现一致性的充分条件。最后,通过数值仿真验证了该理论的正确性。     

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。     

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。     

基于相对位置信息的多智能体系统自适应跟踪控制

针对带有动态领导者的多智能体系统,为了使其达到跟踪一致性,设计只依赖于相对位置信息的自适应跟踪控制律.根据接收到的相对位置信息为每个跟随者设计动态输出反馈控制律,并根据控制律估计出智能体之间的相对速度信息.在此基础上设计自适应跟踪控制律,并且通过Lyapunov 稳定性理论和矩阵理论分析得到使系统达到跟踪一致性的充分条件.最后通过数值仿真验证了所提出的设计方法的有效性.     

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.     

带扰动混杂多智能体系统领导–跟随一致性

本文研究了带扰动混杂多智能体系统领导–跟随一致性问题.给出了带扰动且含有非线性项的混杂多智能体系统模型.为了解决扰动和非线性项问题对系统带来的影响,本文基于等效趋近律设计了混杂多智能体系统的滑模控制协议,该控制协议包含连续时间智能体与离散时间智能体的运动状态信息.对混杂多智能体系统设计了Lyapunov函数,给出该系统实现领导–跟随一致性的充分条件,并证明了滑模控制协议下混杂多智能体系统可以实现领导–跟随一致性.最后,通过MATLAB仿真验证了所提方法的有效性.     

具有通信时延的二阶多智能体系统有限时间一致性跟踪控制

针对具有通信时延的二阶多智能体系统的有限时间一致性控制问题,分别研究了具有固定拓扑和切换拓扑网络结构情形下的二阶多智能体系统的有限时间一致性。为使多智能体系统能在有限时间内可以达到一致,引入一致性控制增益矩阵并设计了相应的基于相对位置和相对速度的时延状态误差有限时间一致性控制算法,利用系统模型转换,泛函微分方程稳定性理论和有限时间Lyapunov稳定性定理得到了使系统在有限时间内达到一致跟踪的最大时延上界值。最后,仿真实验结果验证了所得理论的正确性和有效性。     

带有输入时滞的领导跟随系统扰动抑制一致性

针对一类受到外部干扰且有输入时滞的多智能体系统,讨论了在固定有向拓扑下的领导跟随扰动抑制一致性问题。首先,对于存在外部干扰的多智能体系统,给出分布式状态观测器,使得每个智能体的系统状态和外部干扰被同时估计。其次,基于截取预测方法,利用邻居智能体相对输出信息获得的状态估计和自身干扰估计为每个智能体设计一致性协议。然后,用Lyapunov-Krasovskii理论对系统的观测性和稳定性进行分析,获得满足多智能体系统稳定的充分条件,并将控制器增益和观测器增益求解转化为求解线性矩阵不等式(LMIs)的形式。最后,通过一个仿真例子来验证所得结果的可行性和有效性。     

Event-triggered Sliding Mode Fault-tolerant Consensus for a Class of Leader-follower Multi-agent Systems

This paper concerns with the robust sliding mode fault-tolerant consensus problem for a class of undertain second-order leader-follower multi-agent systems based on event-triggering strategies. First, a sliding mode fault-tolerant controller which uses the bound information of actuator failure rate and the event-triggering threshold is designed to ensure the robust consensus of the multi-agent systems, and the range of the sliding mode band is also shown. Second, by constructing an equivalent relationship, the upper bound of robust consensus error is also given. Third, the minimum event-triggered execution time for the second-order leader-follower multi-agent systems is calculated. Finally, the simulation results verify the effectiveness of the proposed event-triggered sliding mode fault-tolerant consensus algorithm.

     

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.