网络环境下具有多率信号重建机制的多智能体系统一致性及协调优化控制

This project will focus the study on the modeling and coordination optimal control of nonlinear multi-agent system characterized in multi-rate signal reconstruction mechanism under the effect of network environment. It intends to use multi-rate signal reconstruction mechanisms to improve the degree of design freedom of nonlinear multi-agent system under the influence of complex network environment, and study relevant consistency, coordination control, and optimal control based on approximate dynamic programming theory, so as to pave a new path for the study of coordination control theory of nonlinear multi-agent system. Main contents of this project include: 1 Based on the effects of different types of complex nonlinear communication networks, the project intends to respectively establish the mapping relation between multi-agent system packet loss state variables and nonlinear protocol, propose corresponding construction method of nonlinear periodic piecewise functions, and thus establish the system model. 2. Study the consistency and coordination control of multi-agent system with both conservative property and computational function under the condition of performance constraint. 3. Based on the theory of approximate dynamic programming, it intends to reconstruct the multi-rate signal, study the online coordination optimal control strategy of multi-agent system under different types of nonlinear communication protocols, and thus give play to multi-agent system's self-recognition, self-judgment and self-dynamic adjustment on external disturbance from complex network environments.

本项目将研究具有多率信号重建机制的非线性多智能体系统在网络环境影响下的建模及协调优化控制问题。拟采用多率信号重建机制提高非线性多智能体系统在复杂多样性网络环境影响下的设计自由度，并研究相关的一致性问题、协调控制问题、以及基于近似动态规划理论的优化控制等问题，为非线性多智能体系统协调控制理论的研究开辟一条新的途径。本项目主要研究内容包括：1. 针对不同种类型复杂非线性通讯网络的影响，分别建立多智能体系统丢包状态变量与非线性协议之间的映射关系，提出相应的非线性周期分段函数构建方法，进而实现系统模型的建立；2. 研究在性能指标约束条件下兼顾保守性和计算负担的多智能体系统一致性问题和协调控制问题；3. 基于近似动态规划理论对多率信号进行重建，研究不同类型非线性网络传输协议下多智能体系统的在线协调优化控制策略，从而实现多智能体系统对复杂网络环境的外部扰动具有自识别、自判断、自行动态调整等优点。

多智能体系统的研究是当今控制领域一个新兴研究方向和国际前沿课题，在交通控制、电子商务、多机器人系统、军事等诸多领域发挥重要作用。我们针对多智能体系统存在一些理论和关键问题进行研究，取得一些重要结果，发表相关论文8篇，其中 SCI检索论文1篇，EI检索期刊论文4篇，国际国内会议论文3篇，参加国内外会议2次。同时，相关研究申请授权国家发明专利13项，国际发明金奖9项。研究重要进展和重要结果如下：考虑到网络传输过程中的时滞和丢包现象，提出了具有多率信号重建机制的多智能体网络控制系统模型，通过使用一个单基准点参数方法, 实现了通过给定有限个单基准点来设计无穷多个使得系统满足稳定性条件的多率信号重建机制；针对多智能体网络控制系统实际应用问题, 提出了一个最大允许时滞率的概念,进而将采样周期也作为一个设计指标,同样得到了稳定性判据以及多率信号重建机制和控制器的设计策略，并且有效验证了网络控制系统如果采用多率信号重建机制,系统的性能要优于传统的只带有零阶保持器的控制系统的性能；针对多智能体网络控制系统的不同状态切换启动算法研究中一般都假定初始条件为一系列的量化范围，引入了在线实时监测机制，使得在任意时刻判断多智能体网络控制系统的稳定性条件，该判别条件为“充分必要条件”；基于近似动态规划理论的原理，提出了建模和优化控制算法，建立数学模型整个结构主要由三部分组成：动态系统，执行函数和评判函数。利用性能指标函数，就能获得最优控制的方法，完成了整个近似动态规划的过程.此外，为了验证以上理论研究的有效意义，搭建了两个实物仿真平台和设计了一个设备。