本文關(guān)鍵詞：多智能體系統(tǒng)的一致性及編隊(duì)控制研究

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【摘要】：多智能體系統(tǒng)是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支。近年來(lái),由于多智能體系統(tǒng)一致性問(wèn)題在工程上的廣泛應(yīng)用,其受到了越來(lái)越多來(lái)自物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)控制、生物以及社會(huì)學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家的關(guān)注。一致性問(wèn)題的研究難點(diǎn)不僅包括分布式控制器的設(shè)計(jì)、保持網(wǎng)絡(luò)連通性以及避碰,而且也包括個(gè)體具有自身非線性動(dòng)力學(xué)或者系統(tǒng)受到輸入或者邊界約束的情況。本文針對(duì)上述多智能體系統(tǒng)建模、分析、控制與決策中的關(guān)鍵性問(wèn)題進(jìn)行了深入研究,主要成果如下： 自由空間內(nèi)的多智能體系統(tǒng)往往需要足夠大小的控制力來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)連通以及避碰,然而太大的控制力在工程應(yīng)用中是不現(xiàn)實(shí)的,由此提出了保證多智能體網(wǎng)絡(luò)連通及避碰的最小控制力估計(jì)算法。進(jìn)一步應(yīng)用該控制算法計(jì)算出多種集群行為(包括蜂擁、群集以及速度不可測(cè)量環(huán)境下的群集)相應(yīng)的最小控制力。另外,當(dāng)該控制力不足以維持網(wǎng)絡(luò)連通時(shí),多智能體系統(tǒng)具有分裂現(xiàn)象。據(jù)此研究了具有切換速度網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩嘀悄荏w系統(tǒng)分裂為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向互為相反子群體的二分群集問(wèn)題。該工作對(duì)于人類的恐慌逃離行為以及生物界的捕食-被捕食行為具有啟發(fā)性。 考慮工程應(yīng)用中節(jié)約資源和成本的需要,多智能體系統(tǒng)中個(gè)體往往只能測(cè)量相對(duì)位移信息。據(jù)此研究了具有領(lǐng)導(dǎo)者的非線性二階積分器多智能體系統(tǒng),在局部Lipschitz條件下使得多智能體系統(tǒng)達(dá)到半全局一致性。更有趣的是通過(guò)設(shè)計(jì)初始編隊(duì)可以控制系統(tǒng)的最終構(gòu)型。進(jìn)一步,考慮工程系統(tǒng)總是受到執(zhí)行器物理限制的事實(shí),針對(duì)具有輸入飽和以及有向切換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錀l件的線性多智能體系統(tǒng),通過(guò)設(shè)計(jì)基于觀測(cè)器的分布式控制器,利用代數(shù)圖論以及Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了在較小的控制增益強(qiáng)度下系統(tǒng)能夠達(dá)到半全局一致性,因此具有較好的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用潛力。 針對(duì)二維有界空間內(nèi)移動(dòng)的多智能體系統(tǒng),在聯(lián)合連通性條件假設(shè)下,利用邊界反彈控制力設(shè)計(jì)了分布式控制器從而使得系統(tǒng)中所有個(gè)體達(dá)到速度一致。進(jìn)而在沒(méi)有全局信息條件下研究了多機(jī)器人系統(tǒng)的循環(huán)往復(fù)渦旋運(yùn)動(dòng)控制問(wèn)題。在這些理論算法基礎(chǔ)上,應(yīng)用多個(gè)Amigobot機(jī)器人在具有反彈邊界的矩形區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了群集以及橢圓編隊(duì)構(gòu)型控制。 最后對(duì)全文進(jìn)行了歸納總結(jié),并對(duì)多智能體系統(tǒng)的一致性及編隊(duì)控制問(wèn)題的進(jìn)一步研究和發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：多智能體系統(tǒng) 一致性 編隊(duì)控制 輸入飽和 非線性動(dòng)力學(xué) 集群運(yùn)動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP18;O157.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-23
• 1.1 引言9-13
• 1.2 多智能體系統(tǒng)的一致性及編隊(duì)控制研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 預(yù)備知識(shí)16-21
• 1.4 本文的主要內(nèi)容概述21-23
• 2 多智能體網(wǎng)絡(luò)連通性保持和避碰的最小控制力23-41
• 2.1 引言23-24
• 2.2 問(wèn)題描述24-26
• 2.3 最小控制力估計(jì)算法及穩(wěn)定性分析26-32
• 2.4 典型群集行為的最小控制力估計(jì)算法32-36
• 2.5 數(shù)值仿真36-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 3 多智能體系統(tǒng)的二分群集問(wèn)題41-55
• 3.1 引言41-42
• 3.2 問(wèn)題描述42-45
• 3.3 二分群集控制算法及穩(wěn)定性分析45-50
• 3.4 數(shù)值仿真50-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 4 非線性二階多智能體的半全局一致性控制55-67
• 4.1 引言55
• 4.2 問(wèn)題描述55-57
• 4.3 半全局一致性控制算法及穩(wěn)定性分析57-64
• 4.4 數(shù)值仿真64-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 5 具有輸入飽和約束的多智能體系統(tǒng)半全局一致性控制67-77
• 5.1 引言67-68
• 5.2 問(wèn)題描述68-70
• 5.3 分布式半全局一致性控制算法及穩(wěn)定性分析70-74
• 5.4 數(shù)值仿真74-76
• 5.5 本章小結(jié)76-77
• 6 有界空間內(nèi)的多智能體群集算法和多機(jī)器人實(shí)驗(yàn)77-88
• 6.1 引言77-78
• 6.2 問(wèn)題描述78-80
• 6.3 有界空間內(nèi)的多智能體系統(tǒng)群集算法及穩(wěn)定性分析80-82
• 6.4 多Amigobot機(jī)器人編隊(duì)實(shí)驗(yàn)82-87
• 6.5 本章小結(jié)87-88
• 7 循環(huán)往復(fù)的多機(jī)器人自組織編隊(duì)控制88-102
• 7.1 引言88-89
• 7.2 問(wèn)題描述89-91
• 7.3 循環(huán)往復(fù)的自組織運(yùn)動(dòng)構(gòu)型控制算法及穩(wěn)定性分析91-98
• 7.4 數(shù)值仿真及多Amigobot機(jī)器人編隊(duì)實(shí)驗(yàn)98-101
• 7.5 本章小結(jié)101-102
• 8 總結(jié)與展望102-104
• 8.1 全文回顧102
• 8.2 未來(lái)展望102-104
• 致謝104-105
• 參考文獻(xiàn)105-114
• 附錄1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文目錄114-116
• 附錄2 攻讀博士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目116-117
• 附錄3 公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與博士學(xué)位論文的關(guān)系117

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