一类控制系数未知的多智能体系统分布式抗饱和一致性控制研究

Distributed consensus control of multi-agent systems is an advanced cross field of control science, biology, physics and computer science, etc. It has broad applications in multi-sensor cooperative target tracking, multi-robot target searching, self-organized assembling and goods transporting. Recently, increasing attention has been paid on consensus control of multi-agent systems with unknown control coefficients, while few researches considered the large control gain problem when using traditional Nussbaum gain technique which cannot meet the needs of engineering applications with input constraints. Hereby, this proposal is to study the distributed consensus control of a class of multi-agent systems with input constraints and unknown control coefficients. The control input will be designed by combining adaptive backstepping technique with Nussbaum-type gain method, and the system stability will be proved by using matrix theory, algebraic graph theory, adaptive control method and Laypunov stability theory, etc. The results are expected to be extended to some nonlinear or higher order multi-agent systems. Research achievements will drive the development of multi-agent systems and provide theoretical basis for industrial production and military.

多智能体系统的分布式一致性控制是涉及控制科学、生物、物理、计算机等学科的交叉前沿研究领域，在多传感器协同目标跟踪、多机器人目标搜寻、自组织装配和货物运输等工程领域具有广泛的应用。未知控制系数的多智能体一致性控制研究最近受到越来越多学者的关注，然而处理未知控制系数的传统Nussbaum增益技术往往存在增益过大问题，不符合实际工程中输入受限的应用需求。鉴于此，本项目旨在研究输入具有输入饱和约束并且控制系数未知的一类多智能体系统的分布式一致性控制。拟通过自适应反推技术结合Nussbaum增益技术设计控制输入，并利用矩阵理论、代数图理论、自适应控制技术、Laypunov稳定性理论等分析工具证明控制输入的有效性和系统的稳定性。最后拟将技术和结论进一步应用并推广到更一般的非线性以及高阶多智能体系统。该项目的研究成果将推动多智能体系统领域的发展，并为工业生产和国防军事中的应用提供理论依据。

多智能体系统因其协作性和分布性，可以完成单个系统难以完成的任务而备受许多自动控制领域学者的关注。其中一致性控制是多智能体系统协调控制研究中的基本科学问题之一。本项目首先针对具有未知Lipschitz常数和未知外部扰动的一二阶非线性多智能体系统一致性控制问题，提出了基于自适应控制技术以及Nussbaum增益函数的分布式控制算法；其次，针对具有未知控制系数和输入饱和的二阶多智能体系统的一致性控制问题，提出了基于自适应控制和牵制控制的分布式控制算法；进一步，针对具有未知控制增益和输入饱和约束的高阶非线性严格反馈多智能体系统的输出一致性控制问题，结合backstepping技术以及动态面控制方法设计出了分布式自适应控制器。研究成果进一步丰富和完善了多智能体系统分布式一致性控制算法的设计和理论，在多无人机协同编队、多机械手协同制造和多无人水面舰艇协同控制等领域具有一定的应用前景。