几种通信拓扑下多智能体系统一致性分析和综合

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近年来,多智能体系统一致性问题在复杂系统控制领域中引起广泛关注。所谓多智能体系统一致性是指多智能体之间通过通信控制协议进行彼此信息交换,从而使得智能体的某一状态趋于一致。在多智能体系统达到一致性过程中,智能体间不同的通信方式形成了不同的通信拓扑,而不同通信拓扑对系统达到一致有重要影响。同时Lure型多智能体系统是一类典型的复杂动态网络系统,对其进行一致性研究将在实践工程中具有指导意义。本文选取Lure型多智能体系统作为研究对象,考虑了其在几种不同拓扑结构下达到一致性的问题。本文主要工作如下:(1)设计了含有当前状态和过去状态的混合通信控制协议使得带有通信时变时滞的Lure型多智能体系统在领导者―追随者拓扑下达到指数一致性。根据领导者―追随者拓扑特点获得追随者智能体状态与领导者智能体状态间的误差系统,并对误差系统选择了合适李雅普诺夫函数,同时针对系统Lure型非线性因素运用了S过程,给出了多智能体系统达到指数一致的充分条件和其相应的静态输出反馈控制器的求解方法。最后通过数值算例证明了所给方法的可行性。(2)进一步拓展(1)中领导者―追随者拓扑为领导者团队-追随者拓扑,考虑了领导者团队-追随者拓扑下Lure型多智能体指数一致性问题。其中领导者团队智能体之间通信拓扑为联通的,同时存在通信路径使得每个追随者智能体得到至少一个领导者智能体的状态信息。通过选择合适李雅普诺夫函数,运用部分元稳定理论,S过程,多目标牵制控制方法,分析了领导者团队-追随者拓扑下多智能体系统达到一致过程中可能出现的情况,并给出了系统达到一致性的充分条件和其相应的静态输出反馈控制器求解方法。最后给出数值算例使所给方法的可行性得以证明。(3)考虑了马尔科夫跳变拓扑下,Lure型多智能体系统均方一致性问题。针对系统多智能体间通信过程中带有的时变时滞和拓扑不确定特点,选择合适李雅普诺夫函数,通过对系统进行线性变换进而把系统一致性问题转换为系统部分元稳定性问题,然后应用部分元稳定理论,选择合适的李雅普诺夫函数,运用弱无穷小因子,马尔科夫过程性质,以及S过程知识,分析了马尔科夫跳变拓扑下多智能体系统达到均方一致性的问题,给出了系统达到指数均方一致的充分条件,并设计了静态输出反馈控制器使得系统达到指数均方一致。最后通过数值算例证明了所给方法的可行性。
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