功率驱动移动智能体网络的同步分析与控制

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从实际背景出发,将系统个体抽象为节点,个体间的耦合作用抽象为边,各种复杂耦合动力学系统都可用网络进行刻画;进而在网络体系框架下研究其上的动力学行为演化过程。这种基于网络的研究方法在过去十年中受到了国内外众多领域专家和学者的普遍关注。网络科学也成为交叉学科中最为活跃的领域之一。同步作为动力学网络上典型的集体行为和涌现现象,关系着众多具体问题,因而受到了广泛而深入的研究。研究的重点是探索和理解决定网络上同步行为的本质因素和原因,进而控制同步行为的产生和消失。本文针对通过声、光、电磁波等媒介进行耦合的现实系统提出了两类功率驱动移动智能体网络模型,分析了其同步实现条件,并在此基础上通过设计自适应规则和引入牵制控制策略来控制其同步的实现。文章的主要研究内容包括以下几个方面:1.提出了一般功率驱动移动智能体网络,为描述和分析现实世界中通过声、光、电磁波等媒介进行耦合的网络系统提供一个合理的模型。该模型以平面上携带混沌振子的移动智能体为节点,节点间通过发射和接收一定功率的载波建立耦合连接。在快速拓扑切换条件下,理论分析表明,一般功率驱动移动智能体网络的同步实现由载波发射功率密度决定,而与网络规模、载波发射功率分布无关。数值仿真验证了所得理论结果的正确性。2.针对众多工作于断续模式的系统中,个体影响能力的间歇特性,提出了闪烁功率驱动移动智能体网络模型。该模型中将节点描述为携带混沌振子的移动智能体,每个智能体以一定的周期和占空比闪烁地发射载波,节点间通过接收载波建立耦合连接。理论分析和数值仿真表明,闪烁相位锁定可以显著提高闪烁功率驱动移动智能体网络的同步能力。随着智能体的闪烁相位从随机状态演变为锁定状态,网络对应的同步功率密度区域将从有界区间退化为无界区间。此外,通过数值仿真进一步讨论了闪烁周期、闪烁占空比等因素对网络同步演化的影响。3.研究了一般切换拓扑网络的同步问题。由于切换拓扑的时变特性,此类网络上的动力学系统同步研究存在很大困难。之前相关的工作大都是基于快速拓扑切换条件进行的。考虑到一般拓扑切换的情形具有更加普遍的意义,本文从切换系统的角度出发研究了动力学网络在一般拓扑切换情况下的同步实现问题。通过建立一个公共李雅普诺夫函数(common Lyapunov functions),给出了在一般切换拓扑情况下网络实现局部同步和全局同步的充分条件。该条件表明,切换网络拓扑次小特征值的平均值可以作为判断网络能否实现同步的一个指标。4.研究了功率驱动移动智能体网络的同步控制问题。针对一般功率驱动移动智能体网络,利用节点间的局部同步信息设计了功率自适应规则。针对闪烁功率驱动移动智能体网络,利用节点间的局部同步信息和节点间的局部闪烁相位信息,设计了闪烁行为自适应规则。数值仿真表明,设计的自适应规则可有效保证智能体网络实现同步。此外,针对一般功率驱动移动智能体网络,进一步采用牵制控制的手段来保证其同步的实现。在快速拓扑切换条件下,我们通过理论分析得出了牵制同步实现的条件,并且比较了一般功率驱动移动智能体网络在两种不同牵制策略下的同步牵制控制性能。
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