不確定非線性多智能體系統(tǒng)一致性和包含問題研究

不確定非線性多智能體系統(tǒng)一致性和包含問題研究近二十年來,多智能體系統(tǒng)及其分布式控制得到了極大的關(guān)注,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于無人機編隊、移動傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。一致性是多智能體系統(tǒng)(分布式)控制的基本問題,它意味著所有智能體狀態(tài)趨同。一致性問題分為無領(lǐng)導(dǎo)一致性和有領(lǐng)導(dǎo)一致性,當(dāng)多個領(lǐng)導(dǎo)者存在時,相應(yīng)的一致性問題又稱為包含問題。一方面,實際系統(tǒng)幾乎都是非線性系統(tǒng),通過線性化等方法得到的線性系統(tǒng)模型只能反映非線性系統(tǒng)的局部和部分特性。另一方面,由于對實際系統(tǒng)及其所處環(huán)境的機理認(rèn)識不足、測量工具精度不夠等,導(dǎo)致不能對實際系統(tǒng)精確建模,故而在所獲得的系統(tǒng)模型中不可避免地存在各種不確定性/未知性和干擾。非線性、不確定性/未知性和干擾對現(xiàn)有多智能體系統(tǒng)控制理論與方法形成很大挑戰(zhàn)的同時,也不斷推動新理論新方法的出現(xiàn)。本文研究了多類不確定非線性多智能體系統(tǒng)的一致性和包含問題。不確定性類型主要包括未知控制系數(shù)、未知參數(shù)、未知非線性項、未知輸入干擾、隨機噪聲等,這使得本文所研究的問題具有較大的難度,特別是反饋補償機制的確立和閉環(huán)系統(tǒng)性能的分析。針對幾類典型不確定非線性多智能體系統(tǒng),本文通過綜合運用時變方法、滑模方法、自適應(yīng)方法,給出了分布式時變一致性協(xié)議、分布式時變包含協(xié)議、分布式自適應(yīng)協(xié)議,實現(xiàn)了系統(tǒng)的一致性和包含、有限時間一致性和包含。本文主要研究內(nèi)容包括以下四個方面:一、不確定非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性本部分(第三章)研究了一類不確定非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性問題。不確定性體現(xiàn)在非線性項具有未知時變的增長率、控制系數(shù)具有嚴(yán)重的未知性、輸入干擾具有未知的上界,這些未知性和時變性使得已有文獻中的補償策略不再適用。為補償這些未知性和時變性,本部分發(fā)展了時變反饋補償策略,實現(xiàn)了系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性。該策略的核心思想是在分布式協(xié)議中引入一個隨時間增加到無窮大的純時間函數(shù)使得隨著時間的增加,這些未知性和時變性能夠得到補償。二、不確定非線性多智能體系統(tǒng)的有限時間領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性和有限時間包含本部分(第四章)研究了一類不確定非線性多智能體系統(tǒng)的有限時間領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性和有限時間包含問題。不確定性主要體現(xiàn)在系統(tǒng)非線性項具有未知時變的增長率、控制系數(shù)具有未知的下界、輸入干擾具有未知的上界。這些未知性和時變性使得本部分所研究的問題本質(zhì)不同于已有文獻。本部分通過綜合運用時變方法和滑模方法,給出了分布式有限時間一致性協(xié)議和分布式有限時間包含協(xié)議,實現(xiàn)了系統(tǒng)的有限時間領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性和有限時間包含。三、不確定隨機非線性多智能體系統(tǒng)的一致性和包含本部分(第五、六章)研究了一類不確定隨機非線性多智能體系統(tǒng)的一致性和包含問題。一個值得注意的特征是非線性項具有未知時變的增長率。此外,未知控制系數(shù)不能被任意已知常數(shù)區(qū)間限制。為補償這些未知性和時變性,本部分證明了第一部分發(fā)展的時變反饋補償策略對隨機非線性多智能體系統(tǒng)仍然有效?；谒岢龅臅r變反饋補償策略,本部分設(shè)計了分布式時變一致性協(xié)議和分布式時變包含協(xié)議,實現(xiàn)了系統(tǒng)的幾乎必然一致性和幾乎必然包含。四、不確定非線性多智能體系統(tǒng)的自適應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性本部分(第七章)分別研究了一階和二階不確定非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性。值得注意的是,跟隨者的控制系數(shù)不能被任意已知有限常數(shù)區(qū)間限制、跟隨者的非線性項具有參數(shù)化的未知性和領(lǐng)導(dǎo)者的控制輸入是未知的使得本部分所研究的系統(tǒng)本質(zhì)不同于已有文獻。為補償這些未知性,本部分利用自適應(yīng)方法給出了自適應(yīng)領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性協(xié)議,實現(xiàn)了系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)-跟隨一致性。綜上所述,本文建立的時變反饋補償策略和自適應(yīng)反饋補償策略不僅有