基于干扰观测器的异构多智能体自适应滑模容错一致性控制

针对线性一阶和二阶异构多智能体系统,考虑到任意智能体可能发生的执行器故障以及受到外部干扰,研究了系统容错一致性控制设计问题.首先设计变增益扰动观测器,快速估计外部干扰;其次,利用一致性误差变量构造自适应积分滑模面,结合干扰观测器的估计值设计自适应滑模容错控制器.当异构多智能体系统存在执行器故障和外部扰动时,自适应滑模控制器可以保证智能体系统的位置和速度状态趋于一致.最后,利用Matlab仿真验证了所提方法的可行性与有效性.     

一阶多智能体系统的一致性分析

研究一阶连续多智能体系统的一致性问题,其中每个智能体只能在一系列离散时刻上获得其相对邻居的状态信息,并且每个智能体的保持器的周期和采样器的周期是不同的.通过分析多智能体系统的稳定性,获得了一致性成立的充要条件,该条件揭示了交流拓扑、控制器增益、采样器的周期和保持器的周期的关系.最后,提供一个仿真例子以说明理论结果的有效性.     

一类异构线性多智能体系统最优输出跟踪的分析与控制

研究了一类异构线性多智能体系统的最优输出跟踪问题.利用非零给定点调节器理论,通过引入适当的性能指标函数,得到了使所有智能体输出变量收敛到期望值的充分必要条件;并指出当个体输出矩阵为单位阵时,最优输出跟踪问题即转化为最优状态跟踪问题;在此基础上,将所得结果推广到了个体状态变量传输具有时滞的情形,得到了问题可解的充要条件,给出了时滞上界.同时,给出了系统实现动态输出跟踪的充分必要条件.利用所得结果,可以确定满足性能指标要求的信息交换拓扑和基于个体的控制器,从而为实现最优输出/状态跟踪的异构多智能体系统的设计提供了工具.仿真结果验证了所得结果的有效性.     

基于事件驱动的环形编队多智能体系统

研究了控制器采用事件驱动机制时,多智能体系统的环形编队控制问题.事件驱动控制机制用来降低个体控制更新的频率,以此减少整个系统的能量消耗.假设所有智能体始终在一固定的圆环上运动,并且每个智能体只能感知到其前后两个紧邻智能体的信息.利用邻居的信息,对每个智能体设计分布式控制律,在事件驱动控制机制下,所提控制策略可以使多智能体系统形成给定的期望环形编队,并将环形编队扩展到特殊的均匀环形编队形式.数值的仿真验证了所提控制策略的有效性.     

基于拓扑切换的异构多智能体系统协同输出调节

针对拓扑切换下的异构多智能体输出调节系统,考虑当系统中部分智能体无法获取到外部系统控制状态,且系统的拓扑图随时间变换的问题,设计了一种基于分布式输出反馈状态观测器的切换控制器,给出了拓扑切换下多智能体输出调节问题可解的充分条件,该条件与控制参数和通讯拓扑有关.基于图论和矩阵分析的方法,设计了李雅普诺夫函数,并证明了系统的镇定性.最后给出了系统的Matlab仿真实验,研究结果表明,在拓扑切换条件下多智能体的输出渐近跟踪并收敛到外部系统,所设计的控制器能解决动态切换下输出反馈输出调节问题.     

一类含任意大不确定参数的非线性多智能体的协同输出调节问题

相对阶大于1的非线性多智能体的全局鲁棒协同输出调节问题需要用递归方法构造出分布式控制器.当系统的不确定参数和外加输入可以任意大时,单凭鲁棒控制技术不足以解决问题.本文尝试结合鲁棒与自适应动态高增益等控制技术来解决相对阶为2的输出反馈型非线性多智能体系统在不确定参数和外加输入可以任意大时的全局鲁棒协同输出调节问题.本文的理论结果已应用于求解超混沌(hyper-chaotic)Lorenz多智能体系统的一致性分布控制问题.     

具有有界输入领航者的二阶非线性多智能体系统的协调跟踪

针对领航者的控制输入为非零但有界的情形,研究了具有本质非线性动态的二阶多智能体系统的协调跟踪问题.利用邻居智能体之间的相对状态信息,分别提出了具有静态和自适应控制增益的两种控制协议.针对静态控制协议情形,基于李雅普诺夫稳定性理论得到了多智能体系统的状态全局指数达到一致时控制增益所需满足的条件.此外,在自适应控制协议作用下,证明了多智能体系统不需要借助任何全局信息就可以实现协调跟踪.最后,仿真实例验证了所得理论结果的正确性.     

不确定二阶多智能体系统的鲁棒最优一致

针对不确定二阶多智能体系统,研究了其鲁棒最优一致性问题.首先,基于每个智能体所获得的邻居信息,设计了一个使多智能体系统达到一致的控制协议.其次,研究了多智能体系统的最优一致性问题,给出了系统在满足一定性能指标下达到一致的条件.再次,基于该条件,利用Schur补引理和线性矩阵不等式技术,给出了不确定系统达到鲁棒最优一致的条件.最后,通过仿真验证了所得结果的可行性.     

二阶离散多智能体系统的鲁棒最优一致

研究了不确定二阶离散多智能体有向网络的鲁棒最优一致问题.首先,基于每个智能体可获得的局部信息设计了一个控制协议,并且智能体间相互影响的权重系数具有模型不确定性.其次,利用智能体的能量消耗思想,给出了系统的一个保代价性能指标.然后,利用Lyapunov函数的方法,分析了多智能体网络系统在满足保代价性能指标下的最优一致问题,得到了系统达到渐近最优一致的条件.最后,仿真结果验证了所获得的结果的正确性.     

具有饱和输入和非严格反馈结构的切换非线性系统的自适应模糊控制

针对一类具有非光滑饱和输入和非严格反馈结构的任意切换规则下的非线性切换系统,给出了一种模糊减少计算量控制算法.通过构造公共Lyapunov函数,利用模糊系统对非严格反馈结构和未知不确定函数进行建模,采用辅助函数补偿饱和输入问题,基于逼近最优估计参数的界以减少在线自适应调节参数数目.该控制算法在任意切换规则下不仅可以调节输入饱和不确定性,还可以减少自适应调节参数.基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的所有信号是有界的.数值仿真结果可以有效地验证控制器和自适应律设计算法的可行性.     

具有部分状态信息的二阶多智能体系统的一致性

研究二阶连续多智能体系统的一致性问题,其中每个智能体只能在一系列离散时刻上获得位置信息.为了关于完全状态,即位置和速度,都达到一致,设计一类协议,并建立在该协议下,一致性成立的充要条件.该条件揭示了交流拓扑、控制器增益、采样周期和保持器的更新周期之间的关系.仿真例子表明理论结果是有效的.     

马尔科夫切换拓扑下带有非一致时变时滞的多智能体系统的H_∞领导跟随一致性问题

研究马尔科夫切换拓扑下带有非一致时变时滞的多智能体系统的H_∞领导跟随一致性问题.通过一个模型变换,把原系统的领导跟随一致性问题转化为新的误差系统的均方稳定性问题.根据马尔科夫时滞系统的稳定性理论,以线性矩阵不等式的形式给出了多智能体系统实现领导跟随一致且具有给定的H_∞性能指标的充分条件.最后,仿真实例验证了理论结果的有效性.     

异质分数阶非线性多智能体系统的预设时间一致性北大核心CSCD

该文研究了一类异质分数阶非线性多智能体系统的预设时间一致性问题.设计了一类基于时变函数的预设时间分数阶积分控制器,将分数阶非线性多智能体系统转化为一阶非线性多智能体系统.然后综合利用整数阶Lyapunov函数法和预设时间控制技术,分别实现了具有连通无向图和具有含生成树有向图的多智能体系统的精确预设时间一致性控制.该预设时间可以通过时变函数预先设定,且不依赖于系统初始值和参数.最后,用实例验证了理论结果的有效性.     

线性多智能体系统一致性的自适应动态规划求解方法

利用自适应动态规划的在线迭代算法来研究线性多智能体系统的一致性问题.所研究的多智能体系统的状态矩阵和输入矩阵可以是已知的或未知的.首先,给出多智能体系统依赖初始时刻、终端时刻的性能指标;然后,将由初始时刻和终端时刻确定的时间段进行划分;接着,结合代数Riccati方程推导出迭代方程,并在划分后的时间段上重复地利用系统的状态信息和输入信息进行迭代计算,直至算法收敛为止;最后,利用仿真试验验证了该算法的有效性.     

具有马尔可夫切换的不确定离散多智能体系统的鲁棒最优一致性

针对不确定二阶离散多智能体系统,研究了其在马尔可夫切换拓扑结构下的鲁棒最优一致性问题.基于智能体的邻居信息设计了控制协议,使得多智能体系统在满足保代价性能指标下最终趋于一致.利用线性矩阵不等式理论以及Lyapunov方法,得到了系统实现均方一致所需要的条件,并且证明了所有智能体的状态最终收敛到其初始状态平均值.进一步,设计了一个保代价性能指标,研究了系统在满足该性能指标下的一致性问题,得到了系统实现均方一致的条件.最后,通过数值仿真实例验证了所得结论的有效性.     

离散多智能体系统加权一致性

基于一种由不同权重当前状态和时延状态构成的混合型控制器,研究了时延对离散多智能体系统的一致性和动态性能的影响.通过采用频域控制理论中广义Nyquist准则和Gerschgorin圆盘定理,给出了离散多智能体系统实现一致性的充分条件和改进系统最大时延上界方法,最后通过数值仿真验证了一致性结论的正确性,并分析了时延对离散多智能体系统动态性能.     

带集合约束的分布式随机凸优化

本文研究了一个受集合约束的优化问题:minΣ~N_(i=1)f_i(x),s.t.x∈X,提出了一个基于多智能体系统的算法来求解这个问题.每个自主体i有其自身的一个局部目标函数f_i(x)以及全局约束集X.通过与相邻自主体的通信,每个自主体都能获取局部信息用来实现分布式控制律.本文证明了在所设计的分布式控制律的作用下,每个自主体的状态最终趋于一致并进入到全局目标函数的最优解集中,同时也满足约束x∈X.在大多数已有的算法里,每个自主体在每个采样时刻都需要进行以下的计算:(1)约束集投影;(2)次梯度搜索;(3)加权平均.然而在本文所提出的算法中,每个自主体在每个采样时刻只需要随机进行:(1)保持当前状态;(2)约束集投影;(3)次梯度搜索中的一项计算,然后再与相邻自主体的信息进行加权平均.与传统的确定性算法相比,本文的所提出的算法降低了每个采样时刻各个自主体的计算量.     

具有时变采样周期的水箱液位系统保性能控制

研究了具有控制输入饱和约束和时变采样周期的水箱液位系统保性能控制问题.首先,基于液体动力学对水箱液位系统进行建模,并用M序列激励水箱得到的实测数据进行模型验证.其次,根据采样周期的不同,将液位系统建模成一个具有多个子系统的离散时间切换系统.基于李雅普诺夫稳定性原理及平均驻留时间方法,给出具有控制输入饱和约束的最优保性能的状态反馈控制器存在条件,并将控制器增益的求解转化为一个凸优化问题.最后,将控制算法应用于水箱液位系统实验平台.实验结果验证了控制算法的有效性.     

基于虚拟完整约束的欠驱动起重机控制方法

欠驱动系统的控制是非线性控制的一个重要领域,欠驱动系统指系统控制输入个数小于自由度个数的非线性系统.目前,欠驱动非线性系统动力学和控制研究的主要方法包括线性二次型最优控制方法和部分反馈线性化方法等,如何使系统持续的稳定在平衡位置一直是研究的难点.虚拟约束方法是指通过选择一个周期循环变化的变量作为自变量来设计系统的周期运动.该文以典型的欠驱动模型起重机为例,采用虚拟约束方法,使系统能够在平衡位置稳定或周期振荡运动.首先,通过建立虚拟约束,减少系统自由度变量;然后,通过部分反馈线性化理论推导出系统的状态方程;最后,通过线性二次调节器设计反馈控制器.仿真结果表明,重物在反馈控制下可以在竖直位置的附近达到稳定状态,反映了虚拟约束方法对欠驱动系统的有效性.     

带有时滞的离散多智能体系统的H_∞一致性问题

考虑带有时滞的离散多智能体系统的H_∞一致性问题,采用增广系统法将原系统转换成为一个不带时滞的降阶系统.通过利用李雅普诺夫稳定性理论研究降阶系统的稳定性,得到多智能体系统达到H_∞一致的线性矩阵不等式形式的条件.最后,仿真结果验证理论结果的有效性.