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动态事件触发机制下二阶多智能体系统完全分布式控制

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控制理论与应用 2024年第1期41卷 11-20页

作者：邓甲王付永刘忠信陈增强南开大学人工智能学院天津300350 南开大学智能机器人技术重点实验室天津300350

本文研究了无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题,分别针对有领导者和无领导者的情形,设计了一类基于辅助动态变量的完全分布式事件触发控制策略,该策略具有参数较少且易调等特点.智能体自身的触发函数满足条件时才向邻居广播自... 详细信息

本文研究了无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题,分别针对有领导者和无领导者的情形,设计了一类基于辅助动态变量的完全分布式事件触发控制策略,该策略具有参数较少且易调等特点.智能体自身的触发函数满足条件时才向邻居广播自身的状态信息,有效避免了连续通信,减少了系统能量耗散.每个智能体的控制协议和触发函数都只用到自身的状态和邻居触发时刻的状态,不涉及邻居的实时状态信息,也不依赖通信拓扑网络的任何全局信息.利用代数图论以及Lyapunov稳定性理论,证明在所提出的控制策略下,二阶多智能体系统能够实现渐近一致性,且不存在Zeno行为.仿真示例进一步验证了理论结果的有效性.

关键词：多智能体系统一致性动态事件触发控制完全分布式控制

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基于强化学习的完全分布式事件驱动二分一致性算法

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计算机科学 2025年第2期52卷 279-290页

作者：蔡玉良吕春慧何强于波陈东岳王友童王强刘宇轩赵婧婧辽宁大学数学与统计学院沈阳110036 东北大学医学与生物信息工程学院沈阳110016 中国科学院沈阳计算技术研究所沈阳110168 东北大学信息科学与工程学院沈阳110819

使用强化学习(Reinforcement Learning,RL)方法和基于事件驱动的完全分布式控制策略来研究系统模型信息未知的多智能体系统(MASs)的二分一致性问题。首先,基于状态阈值和时间阈值提出了一种混合事件触发机制,用于减少智能体间的通信频... 详细信息

使用强化学习(Reinforcement Learning,RL)方法和基于事件驱动的完全分布式控制策略来研究系统模型信息未知的多智能体系统(MASs)的二分一致性问题。首先,基于状态阈值和时间阈值提出了一种混合事件触发机制,用于减少智能体间的通信频率。其次,利用局部采样的状态信息设计了一个自适应事件触发一致性控制协议,使所有追随智能体的二分一致性误差最终趋于零。通过排除有限时间内的芝诺(Zeno)行为,证实了上述事件触发机制的有效性。然后,基于RL方法提出了一种无模型算法来获得反馈增益矩阵,并在模型信息未知的情况下实现了自适应事件触发控制策略的构建。与现有的相关工作不同,这种基于RL的事件触发自适应控制算法只依赖于局部采样的状态信息,与任何模型信息或全局网络信息无关。此外,将上述结果扩展到切换拓扑情形,这更具挑战性,因为状态估计在以下两种情况下更新:1)交互图切换时;2)事件触发机制满足时。最后,通过实例验证了上述自适应事件触发控制算法的有效性。

关键词：强化学习事件驱动完全分布式控制多智能体系统二分一致性

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异质多智能体系统完全分布式事件触发双边控制研究

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异质多智能体系统完全分布式事件触发双边控制研究

作者：姜冬雪北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,随着人工智能技术的发展,多智能体系统的分布式控制问题引起了广泛的讨论。相对于单智能体系统,多智能体系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,目前被广泛应用在智能机器人、复杂网络、人造卫星等领域。根据每个智能体是否可以具有独... 详细信息

近年来,随着人工智能技术的发展,多智能体系统的分布式控制问题引起了广泛的讨论。相对于单智能体系统,多智能体系统具有较强的鲁棒性和抗干扰性,目前被广泛应用在智能机器人、复杂网络、人造卫星等领域。根据每个智能体是否可以具有独立的动力学方程将多智能体系统细分为同质和异质多智能体系统。对于异质多智能体系统,不同的智能体可以拥有不同的动力学模型甚至是不同的状态维数,更具有一般性。此外,多智能体之间的信息传输往往通过通信拓扑来刻画,考虑到实际应用中智能体之间不仅存在协同关系,也存在敌抗关系,所以符号通信拓扑被应用。随着关于多智能体系统问题研究的深入,在保证多智能体系统完成任务的同时,如何减少信息传输以及资源消耗成为了热点问题。基于此,本文主要研究了基于符号通信拓扑的异质线性多智能体系统的完全分布式事件触发双边控制问题,其中每个智能体不需要掌握全局拓扑信息,包括拉普拉斯矩阵的特征值以及智能体的数目等。值得一提的是,为了避免所有跟随者都需要与领导者直接通信以获取领导者的信息,本文提出了一类完全分布式观测器以实现跟随者对领导者信息的观测。在此框架下,具体工作如下:1.本文研究了带有执行器故障的异质线性多智能体系统的双终端动态事件触发的双边输出包含容错控制,其中应用双终端动态事件触发机制,能够有效降低传输通信数据以及更新控制数据的频率。首先,为了估计领导者的系统矩阵和(对称)组合状态,设计了一系列由动态事件触发的观测器,当满足预先设定的通信触发机制时,智能体之间才会传输通信数据。基于设计的观测器,提出了动态事件触发的输出反馈容错控制器,即,当满足预先设定的控制触发机制时,智能体才会传输控制数据。针对提出的控制策略,根据李雅普诺夫稳定性理论推导出实现双边输出包含的充分条件并给出相关证明。2.为了提高收敛速率以及系统的鲁棒性能,我们将上述研究问题从渐进控制推广到固定时间控制。本文研究了带有动态领导者的异质线性多智能体系统的牵引事件触发的双边固定时间输出一致性控制。首先,设计了一系列固定时间的观测器,从而保证每个智能体能够在固定时间内获取领导者的系统矩阵以及位置、控制输入信息。基于设计的观测器,分别提出了基于牵引事件触发机制的状态反馈和输出反馈的固定时间控制器。应用牵引事件触发机制,保证了智能体只在自己的触发时刻传输控制数据,能够有效地减少数据传输。对于提出的控制策略,根据李雅普诺夫稳定性理论和固定时间稳定性理论,给出了在固定时间内实现双边输出一致性的充分条件以及相关证明。然后,针对每个研究问题中的事件触发机制,本文分别证明了相邻两个事件触发时间间隔是严格正的,排除了Zeno现象,验证了提出的事件触发机制的有效性。最后针对每个研究问题,分别进行了数值模拟仿真,验证了提出的控制策略的可行性。

关键词：异质多智能体系统完全分布式控制事件触发机制双边控制符号通信拓扑

基于虚拟领导节点改进的孤岛微电网完全分布式二次调频策略

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太阳能学报 2024年第5期45卷 333-342页

作者：李志军苗庆玉张家安河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学电气工程学院天津300130

传统分布式二次调频策略在虚拟领导节点频率信息出现故障时会导致微电网系统频率无法恢复,针对该问题提出并设计一种完全分布式二次调频策略。首先分析传统分布式二次调频策略虚拟领导节点故障对二次调频过程产生的影响;然后,结合一致... 详细信息

传统分布式二次调频策略在虚拟领导节点频率信息出现故障时会导致微电网系统频率无法恢复,针对该问题提出并设计一种完全分布式二次调频策略。首先分析传统分布式二次调频策略虚拟领导节点故障对二次调频过程产生的影响;然后,结合一致性算法对传统分布式二次调频控制器加以改进,通过将调频补偿量与频率偏差的对消作为“频率引导项”加入各分布式控制器中,使得各分布式发电单元完全对等,以保证虚拟领导节点去除后频率的正常恢复,实现完全分布式控制;最后,通过仿真验证所提方法在保证频率恢复方面的有效性与优越性。

关键词：微电网调频多智能体系统完全分布式控制虚拟领导节点

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基于动态事件触发的多智能体分布式一致性控制研究

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基于动态事件触发的多智能体分布式一致性控制研究

作者：魏浩雄燕山大学

学位级别：硕士

近年来,多智能体分布式一致性控制在移动机器人、无人机编队、网络化控制等方面有了广泛了发展,已经逐渐成为控制学科中的研讨热点。然而,对于其中最基本的一致性问题还存在着很多内容值得讨论,例如在实际生活中,通信往往通过共享网络执... 详细信息

近年来,多智能体分布式一致性控制在移动机器人、无人机编队、网络化控制等方面有了广泛了发展,已经逐渐成为控制学科中的研讨热点。然而,对于其中最基本的一致性问题还存在着很多内容值得讨论,例如在实际生活中,通信往往通过共享网络执行,这意味着网络通信带宽和智能体的计算资源无法避免地受到限制。本文从这一点出发,通过结合动态事件触发的控制机制,对一般线性多智能体系统展开研究,在保证系统稳定性和一致性的前提下,减少不必要的通信次数和控制器更新频率。具体主要工作如下:(1)针对含有外部干扰的多智能体系统分布式一致性控制问题,设计出了一种新型的动态事件触发机制,给出了状态观测器和扰动观测器的一致性控制算法,理论上分析了所提出的动态事件触发机制相比于现有的方法能够进一步减少触发次数,从而节约网络通信资源。基于Lyapunov方法分析了系统的稳定性及一致性能,并且,通过在触发函数中添加一个指数项,证明了所提出动态事件触发机制的可行性,即能够保证排除Zeno触发行为。最后,通过仿真实例有效验证了所提出控制方法在节约通信资源方面的优势。(2)针对一般线性多智能体系统完全分布式一致性控制问题,结合前文提出的新型动态事件触发机制,提出了一种自适应控制算法。通过理论分析证明了所提出的算法可以避免智能体总数、Laplacian矩阵特征值等全局信息的使用,实现了多智能体系统的完全分布式控制,更有利于算法在实际中的应用。基于Lyapunov方法分析了系统的稳定性及一致性能,同时,设计了一种间歇通信的控制算法,解决了事件触发机制中相邻智能体之间仍需要连续通信的问题。最后,通过仿真实例再一次验证了所提出控制算法的可行性。(3)针对一般线性多智能体系统的双向一致性问题,基于动态事件触发给出了一种新的自适应控制算法,将耦合增益限制在合理的范围,避免了可能存在的参数漂移现象。同时,通过引入新的自适应触发参数,设计了一种具有自我调节能力的动态事件触发机制。给出了多智能体实现双向一致的条件,同时基于Lyapunov理论分析了多智能体系统的双向一致性能以及稳定性。通过计算理论上事件触发的最小触发间隔,排除了Zeno行为。通过仿真实验验证了在所提出的控制算法下,多智能体系统最终能够达到双向一致。

关键词：多智能体系统动态事件触发完全分布式控制一致性

几类异构多智能体系统的自适应一致性跟踪控制研究

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几类异构多智能体系统的自适应一致性跟踪控制研究

作者：张驰宇北京化工大学

学位级别：硕士

近年来,随着技术的发展与需求的增加,多智能体系统的分布式协同控制已成为国际上最热门的研究方向之一,而一致性控制作为多智能体系统协同控制的基础,占据重要地位。优秀的一致性控制策略应有能力应对环境的改变或状况的突发,而自适应... 详细信息

近年来,随着技术的发展与需求的增加,多智能体系统的分布式协同控制已成为国际上最热门的研究方向之一,而一致性控制作为多智能体系统协同控制的基础,占据重要地位。优秀的一致性控制策略应有能力应对环境的改变或状况的突发,而自适应方法在处理这类问题时具有明显优势。因此,将多智能体系统一致性跟踪控制与自适应方法相结合,具有一定的研究价值。多智能体系统的一致性跟踪控制涉及的问题复杂多样,如系统复杂性、通信拓扑结构、外部干扰、传输时滞等。本论文针对几类异构的多智能体系统,开展自适应一致性跟踪控制研究,旨在探索参数不确定、存在外部干扰和拓扑结构多变的条件下仍具有良好暂态过程的完全分布式自适应一致性跟踪策略。为此,具体研究内容如下:(1)针对具有不确定性的异构线性多智能体系统,提出了一种基于输出反馈的自适应一致性跟踪控制方案。多智能体系统的通信状态用有向拓扑图来表示,且只有一部分子系统可以直接获得参考轨迹的准确信息。所提方案能实现完全分布式控制,可确保闭环系统内所有信号全局一致有界,并使所有子系统的输出跟踪参考轨迹。数值仿真结果表明所设计的控制器具有良好的输出跟踪性能;(2)针对具有外部干扰和不确定性的异构线性多智能体系统,提出一种基于输出反馈的分布式自适应一致性跟踪控制方案。基于李雅普诺夫稳定性理论,所提方案引入辅助信号以抵消不可测状态和外部干扰的影响,保证系统的稳定性。通过数值仿真对所提方案进行验证,结果表明所设计的控制器能保证所有子系统的输出跟踪参考轨迹;(3)针对领航—跟随的线性多智能体系统,给出联合连通的相关判据,并在联合连通的拓扑结构下,基于李雅普诺夫稳定性理论,设计保证渐近跟踪的一致性协议,弱化了无向拓扑图连通的假设;(4)针对一类由欧拉拉格朗日方程描述的具有不确定性的异构多机器人系统,提出基于状态反馈的分布式自适应同步跟踪方案。通过巧妙选择李雅普诺夫函数,可在全局通信信息未知的情况下,保证闭环系统的稳定性。对由十个机械手构成的多机器人系统进行仿真,结果表明所提方案可以有效解决参数不确定问题,具有良好的鲁棒性。

关键词：异构多智能体系统一致性跟踪控制完全分布式控制自适应控制

拒绝服务攻击下基于观测器的事件触发安全协同控制

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拒绝服务攻击下基于观测器的事件触发安全协同控制

作者：马永胜青岛大学

学位级别：硕士

近年来,由于协同控制的广泛应用,多智能体系统的协同控制问题引起了广大学者的关注和研究兴趣。此外,随着网络化控制的发展,多智能体系统开始使用网络化控制结构,而网络化控制不可避免地带来了诸如网络丢包、时延以及网络攻击等问题,其... 详细信息

近年来,由于协同控制的广泛应用,多智能体系统的协同控制问题引起了广大学者的关注和研究兴趣。此外,随着网络化控制的发展,多智能体系统开始使用网络化控制结构,而网络化控制不可避免地带来了诸如网络丢包、时延以及网络攻击等问题,其中网络攻击对系统造成的影响最为恶劣。为此,在保证多智能体系统安全的同时完成各类控制任务是一个值得深入研究的问题。本文主要研究了受到一类拒绝服务攻击的多智能体系统的安全协同控制问题,分别针对线性和非线性两类多智能体系统给出了安全控制方案。针对受拒绝服务攻击的多智能体系统,研究了基于观测器的事件触发协同控制问题。为了解决系统状态不可测的问题,首先设计了一个观测器来估计系统的状态。进而为了节约通信资源并且实现协同控制目标,基于估计的状态设计了事件触发的安全控制方案使得多智能体系统能够抵抗网络攻击给系统带来的影响。此外,为了消除芝诺行为,在所设计的事件触发机制中引入了一个正常数。针对受拒绝服务攻击的多智能体系统,研究了基于观测器的完全分布式协同控制问题。首先,对于一类攻击持续时间受限的网络攻击建立了一个切换的完全分布式控制框架。基于所设计的控制框架,提出了一种攻击弹性的安全控制方案来实现协同控制目标,其中设计了一种基于观测器的攻击补偿器来减小网络攻击的影响。针对受拒绝服务攻击的非线性多智能体系统,研究了基于数据驱动的安全协同控制问题。首先,通过提出一种改进的动态线性方法将非线性的多智能体系统转化为一个等价的线性数据模型。进而为了减小网络攻击的影响,设计了一个攻击补偿机制。基于等价的线性数据模型和建立的攻击补偿机制,提出了一种基于系统输入输出数据的分布式无模型自适应控制方案,该控制方案提供了一个统一的框架来实现三种协同控制任务。

关键词：协同控制攻击补偿机制完全分布式控制拒绝服务攻击事件触发控制