本文關(guān)鍵詞：非線(xiàn)性、量化和結(jié)構(gòu)約束的多智能體協(xié)同控制研究　出處：《國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制在多機(jī)器人編隊(duì)、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、多無(wú)人機(jī)協(xié)同作戰(zhàn)以及分布式優(yōu)化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,因而受到研究人員的廣泛關(guān)注。近年來(lái)對(duì)該問(wèn)題的研究無(wú)論從廣度還是深度上都還在繼續(xù),但從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用的過(guò)程中還存在諸多挑戰(zhàn)。論文將圍繞著智能體模型,信息傳輸以及關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)等三個(gè)關(guān)鍵要素去研究具有非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)、量化通信以及結(jié)構(gòu)約束情況下的多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制問(wèn)題,主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:針對(duì)有向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),論文研究了有向邊拉普拉斯矩陣及其對(duì)多智能體系統(tǒng)建模相關(guān)問(wèn)題。論文首先拓展了邊拉普拉斯矩陣的圖論概念并深入探索其相關(guān)代數(shù)性質(zhì),使其能夠用于描述有向圖的邊關(guān)聯(lián)關(guān)系,并接著建立了基于邊狀態(tài)的多智能體系統(tǒng)模型。隨后,深入揭示了多智能體系統(tǒng)本質(zhì)上是由生成樹(shù)和生成余樹(shù)構(gòu)成的互聯(lián)反饋系統(tǒng)。最后,基于生成余樹(shù)可由生成樹(shù)經(jīng)線(xiàn)性變換得到的觀察對(duì)多智能體系統(tǒng)進(jìn)行模型降階。針對(duì)具有非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的多智能體系統(tǒng),結(jié)合代數(shù)圖論和環(huán)路小增益定理研究了在有向拓?fù)錀l件下局部利普希茨連續(xù)的二階非線(xiàn)性多智能體系統(tǒng)一致性問(wèn)題。結(jié)合基于邊拉普拉斯矩陣建模的降階多智能體系統(tǒng)并利用反步法將二階非線(xiàn)性多智能體系統(tǒng)建模為反饋互聯(lián)系統(tǒng),隨后設(shè)計(jì)分布式一致性協(xié)議保證每個(gè)子系統(tǒng)是輸入狀態(tài)穩(wěn)定的并給出收斂需要滿(mǎn)足的增益條件,最后通過(guò)使用環(huán)路小增益定理得出多智能體系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定的結(jié)論。對(duì)于考慮量化通信條件下的多智能體系統(tǒng),分別研究了靜態(tài)量化和動(dòng)態(tài)量化兩種情況下的有向拓?fù)涠A多智能體系統(tǒng)一致性問(wèn)題。對(duì)于使用均勻量化器和對(duì)數(shù)量化器的二階多智能體系統(tǒng),論文分析了達(dá)成量化一致性協(xié)議的收斂條件,并進(jìn)一步揭示了收斂半徑和收斂速度等性能指標(biāo)與量化步長(zhǎng)之間的具體數(shù)值關(guān)系。為進(jìn)一步減小通信量并實(shí)現(xiàn)更高量化精度,論文接著探討了動(dòng)態(tài)量化二階多智能體系統(tǒng)一致性問(wèn)題,通過(guò)設(shè)計(jì)量化反饋一致性協(xié)議實(shí)現(xiàn)了二階多智能體系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。受到海豚環(huán)繞捕獲目標(biāo)魚(yú)群的生物學(xué)啟發(fā),論文結(jié)合方位剛性理論探索了仿生多智能體協(xié)同環(huán)繞圍捕控制問(wèn)題和環(huán)航控制問(wèn)題。首先通過(guò)使用方位剛性圖論將協(xié)同環(huán)繞捕獲控制問(wèn)題等同于受到時(shí)變方位約束的目標(biāo)編隊(duì)。進(jìn)而,為實(shí)現(xiàn)多智能體編隊(duì)環(huán)繞移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)行并同時(shí)使編隊(duì)尺度逐漸收縮的環(huán)繞圍捕機(jī)制,論文通過(guò)引入正交投影算子設(shè)計(jì)了分布式環(huán)繞圍捕控制律。然后,結(jié)合李雅普諾夫方法和小增益定理分別針對(duì)環(huán)繞圍捕控制中編隊(duì)環(huán)繞,編隊(duì)跟蹤和編隊(duì)收縮三項(xiàng)控制任務(wù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。在環(huán)繞圍捕控制的基礎(chǔ)上引入與目標(biāo)之間的距離約束來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的分布式環(huán)航控制律,最終實(shí)現(xiàn)多智能體編隊(duì)以給定半徑環(huán)繞某個(gè)目標(biāo)區(qū)域或者移動(dòng)目標(biāo)運(yùn)行的環(huán)航任務(wù)。最后結(jié)合數(shù)值仿真與實(shí)物多機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)繞圍捕控制律和環(huán)航控制律的有效性。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP18;TP13

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本文編號(hào)：1325014