多智能體系統(tǒng)一致性問題概述.課件

1、多智能體系統(tǒng)一致性問題概述 第1頁，共31頁。多智能體一致性問題概述多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)一致性問題的描述圖論基礎(chǔ)一致性問題的建模、通信拓?fù)?、協(xié)議設(shè)計(jì)一階、二階、高階多智能體系統(tǒng)一致性第2頁，共31頁。多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)魚群的群體協(xié)調(diào)性魚群遷徙集體覓食 躲避天敵第3頁，共31頁。多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)鳥群的群體協(xié)調(diào)性候鳥遷徙集體撲食嚇跑敵人第4頁，共31頁。多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用焊裝機(jī)器人協(xié)同工作機(jī)器人足球第5頁，共31頁。多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)社會(huì)生活交通控制企業(yè)行為供電控制第6頁，共31頁。多智能體協(xié)作的動(dòng)機(jī)智能體特點(diǎn)： 信息處理和執(zhí)行能力有限 傳感和通信能力有限 分布式第7頁，共31頁。 一致性

2、問題的描述 一致性問題是多智能體系統(tǒng)協(xié)作控制中的典型問題之一，實(shí)際上也是根本性問題。 聚集問題 同步現(xiàn)象 集群運(yùn)動(dòng) 一致性問題 第8頁，共31頁。 一致性問題的描述 Boid模型：第9頁，共31頁。r智能體i智能體i的鄰居Vicsek模型： 一致性問題的描述 第10頁，共31頁。 一致性問題的描述 Vicsek模型：密度較大噪聲較小有序運(yùn)動(dòng)第11頁，共31頁。 一致性問題的建模 智能體動(dòng)態(tài)模型 信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模線性、非線性連續(xù)、離散低階、高階時(shí)變、時(shí)不變同構(gòu)、異構(gòu)第12頁，共31頁。 智能體動(dòng)態(tài)模型 連續(xù)時(shí)間模型：離散時(shí)間模型：線性系統(tǒng)模型： 非線性系統(tǒng)模型：時(shí)變系統(tǒng)模型：時(shí)不變系統(tǒng)模型：第1

3、3頁，共31頁。 智能體動(dòng)態(tài)模型 同構(gòu)系統(tǒng)模型：異構(gòu)系統(tǒng)模型：低階系統(tǒng)模型：高階系統(tǒng)模型：一階二階高階第14頁，共31頁。一致性問題的建模 智能體動(dòng)態(tài)模型 信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有向、無向固定、時(shí)變第15頁，共31頁。圖論基礎(chǔ)多智能體網(wǎng)絡(luò)有向圖智能體頂點(diǎn)通信邊第16頁，共31頁。圖論基礎(chǔ) 有向加權(quán)圖或有向圖： ：代表圖的n個(gè)頂點(diǎn)； ：由節(jié)點(diǎn)對(duì)組成的邊集合； ：如果存在從第i個(gè)頂點(diǎn)到第j個(gè)頂點(diǎn)的信息流，則該節(jié)點(diǎn)對(duì)有連邊； ：鄰接矩陣，表示節(jié)點(diǎn)與邊的關(guān)系。123456第17頁，共31頁。圖論基礎(chǔ) 頂點(diǎn)集合： 邊集合： 123456 頂點(diǎn) 的鄰居集 第18頁，共31頁。圖論基礎(chǔ) 鄰接矩陣： 加權(quán)鄰接矩陣： 1

4、23456第19頁，共31頁。圖論基礎(chǔ) 度矩陣： 其中， ， 圖的Laplacian矩陣： 第20頁，共31頁。 圖論基礎(chǔ) 第21頁，共31頁。圖論基礎(chǔ) Laplacian矩陣的部分性質(zhì) ：0是Laplacian矩陣的特征值，1=1,1,1T為屬于特征值0的右特征向量；假定有向圖 的階數(shù)為 ，Laplacian矩陣為 ，如果 是強(qiáng)連通的，那么有如果 是連通的且對(duì)稱，那么 是對(duì)稱的、半正定的，并且所有的特征值都是實(shí)數(shù)且非負(fù)，可以寫成第22頁，共31頁。圖論基礎(chǔ)強(qiáng)連通圖 連通圖任意2個(gè)不同的結(jié)點(diǎn)間都存在1條有向路徑任意2個(gè)不同的結(jié)點(diǎn)間都存在1條路徑第23頁，共31頁。圖論基礎(chǔ)有向生成樹第24頁，共

5、31頁。信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)123456123456有向拓?fù)錈o向拓?fù)?23561235612356切換拓?fù)涞?5頁，共31頁。一致性問題的設(shè)計(jì) 信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（可設(shè)計(jì)） 控制協(xié)議線性、非線性同步、異步第26頁，共31頁。控制協(xié)議設(shè)計(jì)通用一致性協(xié)議：設(shè)計(jì) ，得到期望的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) ，可以達(dá)到狀態(tài)一致和一定的收斂速度。 第27頁，共31頁。一階一致性 （1）連續(xù)時(shí)間系統(tǒng) 一階數(shù)學(xué)模型 : (1) 一致性協(xié)議： (2) 判據(jù)： 存在有向生成樹 共同狀態(tài)： 無向連通圖或強(qiáng)連通平衡圖時(shí)，實(shí)現(xiàn)平均一致性：第28頁，共31頁。 一階一致性 （2）離散時(shí)間系統(tǒng) (3) 一致性協(xié)議： (4) 判據(jù)： 固定無向連通拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)情況下，第29頁，共31頁。高階一致性考慮智