發(fā)布時間：2020-07-31 13:05

【摘要】：在實際中,由于障礙物,外部擾動以及通信范圍等限制,智能體之間的通信拓撲可能會發(fā)生隨機改變。為了描述智能體之間的這種隨機時變拓撲,一個常用的方式就是將時變拓撲假設(shè)成在幾個已知的拓撲之間切換并且拓撲之間的切換過程建模成馬爾科夫過程。應(yīng)該指出的是,由馬爾科夫過程描述的時變拓撲在應(yīng)用時有許多限制,這是因為在馬爾科夫過程中駐留時間一般服從指數(shù)分布,由此得到的帶有馬爾科夫切換拓撲的結(jié)果相對較保守。最近,帶有半馬爾科夫切換拓撲的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)同步問題已經(jīng)吸引了一些關(guān)注。和經(jīng)典馬爾科夫切換拓撲相比,半馬爾科夫切換拓撲中駐留時間服從更一般的概率分布。因此半馬爾科夫切換拓撲比經(jīng)典馬爾科夫切換拓撲有著更廣泛的應(yīng)用。然而,帶有半馬爾科夫切換拓撲多智能體系統(tǒng)的一致性還未得到關(guān)注。鑒于此,本課題針對這一問題展開研究。具體包括以下幾個方面:(1)研究了半馬爾科夫切換拓撲下非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)航跟隨型一致性問題。首先將領(lǐng)航者智能體和跟隨者智能體的動力學(xué)建模成一般線性系統(tǒng)。其次將馬爾科夫切換拓撲推廣到半馬爾科夫切換拓撲。由于半馬爾科夫切換拓撲中的轉(zhuǎn)移率是時變的,它更加一般。針對所研究的多智能體系統(tǒng),提出了一個新的基于過去狀態(tài)信息的一致性協(xié)議。通過一個系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化,將多智能體的一致性問題轉(zhuǎn)化成半馬爾科夫切換系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。利用半馬爾科夫切換系統(tǒng)理論和代數(shù)圖理論,得到一個充分條件并給出了控制器的具體表達式,在該控制器下,多智能體系統(tǒng)能夠達成帶有指數(shù)衰減率的一致性。(2)研究了半馬爾科夫切換拓撲下帶有執(zhí)行器飽和的多智能體系統(tǒng)領(lǐng)航跟隨型一致性問題。首先,將動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲的切換建模成半馬爾科夫過程并且考慮到執(zhí)行器飽和的影響,提出了一個新的一致性協(xié)議。分別利用扇區(qū)方法和凸組合方法研究了帶有執(zhí)行器飽和的多智能體系統(tǒng)一致性問題。在此基礎(chǔ)上得到了兩個充分條件,它們能夠保證領(lǐng)航跟隨型多智能體系統(tǒng)在均方意義下達成局部一致性�；讷@得的充分條件,兩個優(yōu)化問題被提出來,用以計算一致性反饋增益矩陣以及找到一致性吸引域的最大估計。(3)研究了半馬爾科夫切換拓撲下基于事件觸發(fā)的領(lǐng)航跟隨型一致性問題。首先給出一個基于采樣數(shù)據(jù)的事件觸發(fā)傳輸策略,其中事件觸發(fā)條件僅需要在每次采樣時刻測量和計算。在此基礎(chǔ)上,通過將動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲的切換建模成半馬爾科夫過程并且考慮事件傳輸策略的影響,一個新的一致性協(xié)議被提出來了。應(yīng)該指出的是,此處考慮的切換拓撲的拉普拉斯矩陣并不需要是對稱的。通過構(gòu)造一個模態(tài)依賴的李雅普洛夫函數(shù)并利用往復(fù)凸組合方法,一些充分條件被得到了,上述條件可以保證領(lǐng)航跟隨型一致性在均方意義下是可達的。而且,一致性增益矩陣和事件觸發(fā)參數(shù)可以同時求出。(4)研究了半馬爾科夫切換拓撲下帶執(zhí)行器飽和的領(lǐng)航跟隨型自適應(yīng)一致性問題。利用低增益反饋技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù),一個新的帶有自適應(yīng)耦合權(quán)重的完全分布式控制協(xié)議被提出來了。假設(shè)每個可能的切換拓撲包含一個有向生成樹且?guī)в蓄I(lǐng)航者作為根節(jié)點,在此基礎(chǔ)上利用半馬爾科夫切換系統(tǒng)理論和一個合適的李雅普洛夫函數(shù),一個半全局一致性充分條件被得到了。應(yīng)該指出的是這里考慮的智能體要求是輸入有界的漸近零可控系統(tǒng)。(5)研究了帶有半馬爾科夫切換拓撲和執(zhí)行器飽和的二階多智能體系統(tǒng)基于事件觸發(fā)的一致性問題。通過模型變換,一致性問題被轉(zhuǎn)化成誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。利用分段連續(xù)李雅普洛夫函數(shù),對帶有半馬爾科夫切換拓撲的二階多智能體系統(tǒng),給出系統(tǒng)達成一致性的一個充分條件。上述分段連續(xù)李雅普洛夫函數(shù)的使用充分考慮了鋸齒型時滯的特點,因此所得的結(jié)論具有較小的保守性。另外,研究結(jié)果表明二階一致性依賴于采樣周期,網(wǎng)絡(luò)拓撲以及事件觸發(fā)參數(shù)。而且,這里提供了一個有效的方法可以協(xié)同設(shè)計事件觸發(fā)參數(shù)矩陣和一致性控制器增益矩陣。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O189.1;TP273
【圖文】：

體所不能完成的各種復(fù)雜的任務(wù)。因此，多智能體系統(tǒng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在逡逑航天領(lǐng)域，多航天飛船的編隊飛行技術(shù)可以幫助人們完成更多的太空飛行任務(wù)。在類地逡逑行星探測器（Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ邋Ｐｌａｎｅｔ邋Ｆｉｎｄｅｒ，簡稱ＴＰＦ）（見圖１．２）計劃中，用多個小型望遠鏡來逡逑代替龐大復(fù)雜的望遠鏡以實現(xiàn)更高的分辨率。首先將這些小型望遠鏡安裝在多個航天器逡逑上，然后讓這些航天器執(zhí)行精確的編隊飛行任務(wù)。在天體物理成像模式下，以１公里為逡逑基準(zhǔn)的多個編隊ＴＰＦ飛行器可以實現(xiàn)約２毫弧秒的分辨率［４］。在智能交通領(lǐng)域，逡逑Ｅｌ－Ｔａｎｔａｗｙ等將每個路口的信號燈建模成一個智能體，每個智能體可以與其鄰居智能體逡逑進行通信［５］，并且采用馬爾科夫決策過程建立路口多智能體的協(xié)同模型，從而實現(xiàn)所有逡逑智能體的協(xié)同工作。為了避免系統(tǒng)狀態(tài)空間的維度災(zāi)難和保障計算效率，該文提出了一逡逑種多智能體強化學(xué)習(xí)算法：在智能體與環(huán)境的不斷交互中，根據(jù)實時反饋的獎罰值，在逡逑線自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)完成從環(huán)境狀態(tài)到協(xié)同工作的映射學(xué)習(xí)，生成最優(yōu)控制策略。最后，逡逑Ｅｌ－Ｔａｎｔａｗｙ等以５９個路口進行實驗仿真

基于半馬爾科夫切換拓撲，本文分別研究了非線性多智能體的一致性問題、帶有執(zhí)逡逑行器飽和的一致性問題、基于事件觸發(fā)的一致性問題以及帶有執(zhí)行器飽和的自適應(yīng)一致逡逑性問題等。論文各章節(jié)的結(jié)構(gòu)圖見下圖１．３，具體研究內(nèi)容安排如下：逡逑第二章考慮了帶有半馬爾科夫切換拓撲的非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)航跟隨型一致逡逑性問題。首先將領(lǐng)航者智能體和跟隨者智能體的動力學(xué)建模成一般線性系統(tǒng)。其次考慮逡逑了更加一般的半馬爾科夫切換拓撲。和經(jīng)典馬爾科夫切換拓撲相比較，半馬爾科夫切換逡逑拓撲中的轉(zhuǎn)移率是時變的。接下來，針對所研宄的多智能體系統(tǒng)，提出了一個新的基于逡逑過去狀態(tài)信息的一致性協(xié)議。最后，通過一個系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)化，多智能體系統(tǒng)一致性問題逡逑被轉(zhuǎn)化成半馬爾科夫切換系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。在此基礎(chǔ)上，利用半馬爾科夫切換系統(tǒng)理論逡逑和代數(shù)圖理論，得到一致性控制器設(shè)計的充分條件，該條件能夠保證多智能體系統(tǒng)達成逡逑帶有指數(shù)衰減率的一致性。逡逑第三章研宄了半馬爾科夫切換拓撲下帶有執(zhí)行器飽和的多智能體系統(tǒng)領(lǐng)航跟隨型逡逑一致性問題。本章首先將動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓撲的切換建模成半馬爾科夫過程。在此基礎(chǔ)上，提逡逑出一個基于半馬爾科夫切換拓撲的一致性協(xié)議。針對執(zhí)行器飽和，分別利用扇區(qū)有界方逡逑法和凸組合方法分析了帶有半馬爾科夫切換拓撲的多智能體系統(tǒng)一致性問題

到跟隨者智能體的狀態(tài)最終趨近于領(lǐng)航者智能體的狀態(tài)。類似于文獻［１４９］，定義追蹤誤逡逑差為＝邐。追蹤誤差圖像見圖２．３，從圖２．３可以看到跟隨者在較短的時間逡逑內(nèi)能夠跟隨領(lǐng)航者的狀態(tài)。此外，圖２．４給出了帶有四個模態(tài)的半馬爾科夫切換信號的逡逑圖像。逡逑Ｔｈｅ邋ｆｉｒｓｔ邋ｓｔａｔｅ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ逡逑０．２邐１邐１邐１邐１邐ｉ邐１邐ｉ邐邋ｉ邐ｉ邐—逡逑邐Ａｇｅｎｔ邋１逡逑，—一邐Ａｇｅｎｔ邋２逡逑０？邋１５邋＿邐邐Ａｇｅｎｔ邐３逡逑Ａｇｅｎｔ邋４逡逑0邋１邋＿．／邋＼邐—Ａｇｅｎｔ邋５逡逑’＊＊邋＼邐Ｌｅａｄｅｒ逡逑＾邐０．０５邋－邋／邋＼＼邐－逡逑卜謂ＶＷＶＷ＼逡逑ｘ－邋－０．０５邋－邋ｉｆ＼邋ｉｊ邋ｗ邐－逡逑ｌａ邋ｖ逡逑－０．１邋－ｊｊ！邐■逡逑－０．１５邋ｉｊ邐－逡逑＂＇０邐１邐２邐３邐４邐５邐６邐７邐８邐９邐１０逡逑ｔ（ｓ）逡逑Ｔｈｅ邋ｓｅｃｏｎｄ邋ｓｔａｔｅ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ逡逑０．２５邐ｉ邐ｉ邐！邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ邐ｉ逡逑邐Ａｇｅｎｔ邋１逡逑０．２邐－－－一．…Ａｇｅｎｔ邋２邋．逡逑＼邐邐Ａｇｅｎｔ邐３逡逑０．１５邐＾ｇｅｎｔ邐４＾逡逑＼邐－—■？—邋Ａｇｅｎｔ邋５逡逑＇％、邐一，？？…．－Ｌｅａｄｅｒ逡逑０．１邋－邋％邋邐逡逑又邋０．０５邋－邐－逡逑＿ｒ邐？二？二？：？．．逡逑一Ｑ邋邋ｌ邐－－ＩＩ邋，｜邋■邋，邋，邋，邋邋邋邋逡逑５

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王慶領(lǐng);飽和受限的多智能體系統(tǒng)一致性問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號：2776509