非线性多智能体系统的脉冲一致性研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）非线性多智能体系统的脉冲一致性研究张振华二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504098广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）非线性多智能体系统的脉冲一致性研究张振华指导教师姓名、职称：彭世国教授专业或领域名称：控制科学与工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年05月26日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineerin

2、gScience)StudyontheImpulsiveConsensusofNonlinearMulti-agentSystemsCandidate:ZhenhuaZhangSupervisor:Prof.ShiguoPengMay2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要自上世纪80年代以来，多智能体系统作为分布式人工智能领域的主要研究对象已引起学术界愈来愈多的关注，相关研究成果广泛应用于诸

3、多工程技术领域。多智能体系统的基础是智能体间的分布式协调合作能力，而一致性问题又是智能体分布式协调合作控制问题的关键。目前，脉冲控制方式具有控制量小、效率高、成本低等优点，被研究人员广泛采用并深入研究。通常，实际应用中的多智能体系统会存在以下问题：系统是二阶或高阶非线性系统、智能体间的通信存在时变时延、系统中存在领导者、系统网络拓扑动态切换、系统中存在多个聚类等等。因此，基于上述问题研究多智能体系统的脉冲一致性无疑具有重要的理论与应用价值。本文基于上述考虑设计了新的脉冲控制协议，一方面研究了二阶非线性多智能体系统的领导跟随一致性，另一方

4、面研究了一阶非线性多智能体系统的聚类-滞后一致性。根据代数图论、脉冲微分方程理论、Lyapunov稳定性理论、矩阵理论、Halanay不等式、克罗内克积等相关理论及引理，给出在若干假设条件下系统实现一致性应该满足的充分条件。最后，通过Matlab软件实例仿真对文中研究结果进行了验证。本文主要章节研究工作简述：(1)在有领导者且系统网络拓扑切换的条件下，设计新的脉冲控制协议对二阶非线性多智能体系统的领导跟随一致性进行研究。新协议在非脉冲时刻采取连续控制，在脉冲时刻采取离散控制且创新性的提出各智能体的速度增量即与邻接智能体的位移状态有关又与

5、速度状态有关。构建新模型的误差系统，基于Lyapunov稳定性理论，利用数学归纳法和其它相关知识得到系统拓扑图无向且连通时系统实现一致性必须满足的充分条件。最后，实例仿真验证了新协议的正确性。(2)针对不确定与随机发生非线性行为的多智能体系统，研究了有脉冲输入时延且网络拓扑切换时系统的领导跟随一致性。传统控制协议通常保守的假设邻接个体间通信时延与个体和领导者间通信时延大小相同，而在本文第四章节新的脉冲控制协议中上述时延可以大小不同。相比于传统方法，新颖的将复杂网络同步研究领域对时延的处理方法引入到多智能体系统一致性问题的研究中。基于一类

6、推广的Halanay不等式，给出系统实现领导跟随一致性需满足的两个与时延无关的充分条I广东工业大学硕士学位论文件。相比其它方法得到的含有时延的判定条件，本文研究结果保守性更低。最后，实例仿真验证了新协议的正确性。(3)针对包含多个聚类的一阶非线性多智能体系统，对其聚类-滞后一致性进行了研究。其中控制协议有如下创新：一是采用脉冲控制的方法使其实现聚类-滞后一致性，降低控制成本并提高控制效率；二是聚类中各智能体既接收本聚类中邻接个体的状态信息，也接收其它聚类中邻接个体的状态信息来更新自身当前状态。基于代数图论、Lyapunov稳定性理论、脉

7、冲微分方程理论等给出系统实现聚类-滞后一致性所必须满足的充分条件。最后，实例仿真验证了该协议的有效性。关键词：非线性多智能体系统；脉冲控制；一致性；时延；领导者IIABSTRACTABSTRACTSincethe1980s,multi-agentsystemsasthemainresearchobjectinthefieldofdistributedartificialintelligencehaveattractedmoreandmoreattentionintheacademiccommunity,Relatedresearchre

8、sultsarewidelyusedinmanyengineeringfields.Thebasisofthemulti-agentsystemisthedistributedcoordinationand