【摘 要】
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近年来随着多智能体控制技术在无人机编队、多机械臂协同生产、小型卫星群等领域的深入应用,其一致性问题受到众多学者的关注。传统的多智能体系统通常采用常微分方程建模描述,研究成果已经十分广泛,但基于偏微分方程建模的多智能体系统的研究结果则要少很多。另一方面,偏微分方程系统又被称作分布参数系统,其状态不仅与时间相关,而且也取决于空间位置,如热传导方程、波动方程等,即分布参数多智能体系统的动态行为与时间和空
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近年来随着多智能体控制技术在无人机编队、多机械臂协同生产、小型卫星群等领域的深入应用,其一致性问题受到众多学者的关注。传统的多智能体系统通常采用常微分方程建模描述,研究成果已经十分广泛,但基于偏微分方程建模的多智能体系统的研究结果则要少很多。另一方面,偏微分方程系统又被称作分布参数系统,其状态不仅与时间相关,而且也取决于空间位置,如热传导方程、波动方程等,即分布参数多智能体系统的动态行为与时间和空间相关。因此本文对一类以热传导方程建模的具有时间-空间特性的多智能体系统状态一致性问题展开了研究,具体内容分为以下三部分。第一部分,对存在时变扰动的分布参数多智能体系统的状态一致性控制问题进行了研究。首先依据自抗扰控制技术中估计/抵消的核心思想,仅利用每一个智能体的边界输出信息,建立了原系统的无穷维扩张状态观测系统,从而得到了扰动的实时估计值;然后利用多智能体系统网络拓扑关系设计了同步与反馈补偿控制器,在抵消掉外部扰动的基础上实现了各子系统之间的状态同步;最后仿真结果表明自抗扰控制器能够实现对时变扰动的快速跟踪与补偿,同时驱动网络化热方程的状态达成一致。第二部分,在利用自抗扰控制器对时变扰动进行补偿的基础上,进一步考虑了自适应比例微分(PD)技术,设计了具有提高分布参数多智能体系统同步性能的一致性控制器,以加快每个智能体系统对给定领导系统的状态跟踪速度。本章首先利用子系统与领导系统边界输出的相对误差信息,构造了基于误差的自适应PD反馈控制器,其中自适应PD的变化率由李雅普诺夫第二法给出,并证明了闭环系统的稳定性;然后利用解析半群方法证明了闭环系统的适定性;最后仿真结果表明了自适应PD同步控制器相较常值PD控制器能够提高子系统对领导系统的跟踪速度。第三部分,基于事件触发的控制策略,对一类不含扰动的网络化热方程系统分别设计了集中式和分散式事件触发控制器,以实现分布参数多智能体系统状态一致性控制。本章首先依据连续时间一致性控制器,提出了基于事件触发的边界控制器;其次基于网络拓扑构造误差系统将状态一致性问题转化为误差系统的稳定性求解问题,进而利用李雅普诺夫第二法分析并保证了闭环系统的稳定性,从而找到了满足系统状态一致性的事件触发条件;然后利用不等式放缩及无向图的对称性证明了在事件触发控制下任意连续两个触发时刻之间存在最小驻留时间大于0,从而避免了Zeno现象;最后给出了由5个热方程组成的多智能体系统的仿真算例,结果验证了事件触发控制器的有效性。文章最后对目前所做的工作进行了总结,并对下一步的研究方向进行了展望。
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