輸入飽和下的多智能體系統(tǒng)的全局一致性研究.pdf

1、一致性問題是分布式協(xié)同控制研究中的一類基本問題。近幾十年來，控制領(lǐng)域的學(xué)者們給予了多智能體系統(tǒng)一致性問題越來越多的關(guān)注，并且收獲了非常多的理論研究成果。隨著科技的發(fā)展，多智能體系統(tǒng)的一致性在實際應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，其中包括水下自動機器人系統(tǒng)，無人機系統(tǒng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等等。但是大部分理論研究所提出的一致性算法無法直接應(yīng)用到工程項目中，其中最主要的原因是實際工程系統(tǒng)中的執(zhí)行器存在飽和，即執(zhí)行器的輸出是飽和的，而大部分現(xiàn)有的理論

2、成果是在不考慮輸入飽和的情況下得到的。由于實際工程系統(tǒng)中的執(zhí)行器飽和是不可避免的，因此研究輸入飽和的多智能體系統(tǒng)的一致性是很有必要的。
　　本文在總結(jié)現(xiàn)有理論研究成果的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)、深入地研究了由輸入飽和的線性系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)的全局一致性。在統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨的框架下，針對由輸入飽和的雙積分器系統(tǒng)、中立系統(tǒng)、一般線性系統(tǒng)、一般離散時間線性系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)，文中分別給出了一致性算法的構(gòu)造方法。論文的主要工作和研究成果如下：

3、
　　1.由輸入飽和的中立系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)以及由輸入飽和的雙積分器系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)的全局一致性。對于這兩類多智能體系統(tǒng)，我們分別為每個跟隨者設(shè)計一致性算法，從而使得整個多智能體系統(tǒng)達到全局漸近一致，且構(gòu)造該一致性算法時，我們僅利用了跟隨者自身信息以及鄰居的信息。對于由輸入飽和的中立系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)，文中分別針對固定的有向圖和變化的無向圖兩種通信拓撲設(shè)計了兩類線性一致性算法。研究結(jié)論表明，在這兩種通信拓撲下，由輸入

4、飽和的中立系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)可以通過文中設(shè)計的線性一致性算法達到全局漸近一致。對于由輸入飽和的雙積分器組成的多智能體系統(tǒng)我們同樣考慮兩種通信拓撲，即固定的有向圖和變化的無向圖。研究結(jié)論表明，當通信拓撲是固定的有向圖時，由輸入飽和的雙積分器組成的多智能體系統(tǒng)可以通過線性一致性算法達到全局漸近一致。當通信拓撲是變化的無向圖時，需要借助飽和函數(shù)，設(shè)計一類非線性一致性算法，才能使由輸入飽和的雙積分器組成的多智能體系統(tǒng)達到全局漸近一致。

5、>　　2.由輸入飽和的一般線性系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)的全局一致性。文中考慮的一般線性系統(tǒng)是一個全局ANCBC(globally asymptotically null controllable with bounded controls，簡稱為全局ANCBC)系統(tǒng)。針對這類多智能體系統(tǒng)，我們?yōu)槊總€跟隨者分別設(shè)計了一類非線性有界狀態(tài)反饋一致性算法和一類非線性有界輸出反饋一致性算法。構(gòu)造這兩類一致性算法時，我們僅用到跟隨者自身的信息以及與跟

6、隨者距離小于等于k的鄰居的信息，其中k的數(shù)值不大于每個輸入對應(yīng)的子系統(tǒng)在虛軸上零特征根的數(shù)量和純虛根的對數(shù)之和。研究結(jié)論表明，當通信拓撲是一個細致平衡的有向圖，且至少有一個跟隨者可以獲得領(lǐng)導(dǎo)者的信息時，由輸入飽和的一般線性系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)通過這兩類一致性算法可以達到全局漸近一致。
　　3.由輸入飽和的一般離散時間線性系統(tǒng)組成的多智能體系統(tǒng)的全局一致性。這部分結(jié)論同連續(xù)時間線性系統(tǒng)結(jié)論一一對應(yīng)，且文中考慮的一般離散時間線性系統(tǒng)

7、同樣是一個全局離散ANCBC系統(tǒng)。針對這類多智能體系統(tǒng)，我們?yōu)槊總€跟隨者分別設(shè)計了一類非線性有界狀態(tài)反饋一致性算法和一類非線性有界輸出反饋一致性算法。構(gòu)造這兩類一致性算法時，我們僅用到跟隨者自身的信息以及與跟隨者距離小于等于k的鄰居的信息，其中k的數(shù)值不大于每個輸入對應(yīng)的子系統(tǒng)在單位圓上實數(shù)特征根的數(shù)量和共軛特征根的對數(shù)之和。研究結(jié)論表明，當通信拓撲是一個細致平衡的有向圖，且至少有一個跟隨者可以獲得領(lǐng)導(dǎo)者的信息時，由輸入飽和一般離散時間