多智能体系统一致性重置控制算法研究

作     者：成毅 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡文峰

授予年度：2023年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 

主      题：一致性 线性多智能体系统 重置控制 混杂系统 

摘      要：群体智能是人工智领域的一个重要分支。其中,多智能体系统一致性问题是一类十分重要的研究课题,它也是许多复杂问题诸如多智能体编队控制、多智能体旋转控制、包含控制等的研究基础。为了解决多智能体系统一致性问题,传统的一致性控制大多采用线性控制算法,然而,大部分基于线性控制算法的研究都着重于系统的稳态特性,而往往忽视了系统的暂态特性,即在实现系统一致性的同时未能综合考虑系统的调节时间与超调量等暂态性能指标。为了克服线性控制算法的局限性,重置控制被提出用于提高系统的暂态性能。到目前为止,有关重置控制的研究大多是围绕单系统,而多智能体相关的研究仍然不够充足。因此本文的主要创新工作如下:1.针对传统的线性控制算法无法兼顾二阶多智能体系统控制中的暂态性能问题,首先提出了基于一维重置机制的一致性控制算法。该算法在解决无向拓扑下二阶多智能体系统一致性问题的同时保证了重置机制具有Regularity属性。然后通过性能理论分析与比较,证明了一致性重置控制算法能够提升多智能体系统的一致性收敛速度。仿真结果表明,相比于传统线性控制算法与常见的非线性控制算法,一致性重置控制算法可以在维持较低的控制代价下有效地提升系统的暂态性能。2.针对传统重置控制方法无法应用于一般线性高维多智能体系统在有向拓扑下的协同控制问题,提出了基于芝诺异常排除的一致性重置控制算法。首先通过混杂系统的稳定性分析方法解决了有向拓扑下一般线性多智能体系统的一致性问题,同时保证了所设计重置机制的Regularity属性。然后通过集成时间相关的重置触发条件,排除了重置机制的芝诺行为。通过仿真验证了所提出的一致性重置控制算法的综合性能(稳态/暂态性能、控制代价、控制器抖动现象)。3.针对传统重置控制方法无法应用于一般线性多智能体系统在切换拓扑下的协同控制问题,提出了基于时变增益矩阵的一致性重置控制算法。首先通过发展一类时变系统的稳定性分析方法解决了切换拓扑下一般线性多智能体系统的一致性问题。然后通过在重置机制中集成zero带,提高了重置机制的鲁棒性。通过仿真实验,验证了算法的有效性。图18幅,表4个,参考文献65篇