具有广义结构的多智能体系统的控制研究

The exploration, scientific understanding and possible applications of the qualitative feature and discipline of the multi-agent system, has become a frontier topic in today's academia. Consensus problem is one of the most basic distributed coordinated control problem in multi-agent network. On the actual back of multi-agent network, this project will investigate the consensus control of the multi-agent system with singular structure. It is proposed to solve the consensus problems with switching topology, time-delay, noise or external disturbance. The consensus conditions of the system with or without delay are supposed to be found. On the base of consistency, the maximum time delay that the system can withstand is also supposed to be gotten. When there is external interference in the system, the consistency condition of disturbance rejection performance is expected to be obtained. In addition, the performance of the agreement is supposed to be revealed through the analysis and research on consensus algorithms. It is also focus on the application of the theoretical achievements in related disciplines and engineering control field.

对多智能体系统的定性特征与定量规律进行深入探索、科学理解和实践应用，成为当今学术界的前沿热点课题。一致性问题是多智能体网络的一个最基本的分布式协调控制问题。本项目以多智能体网络为实际背景,对具有广义结构的多智能体系统的一致性控制问题进行研究。拟解决在切换拓扑，有无时延和外部干扰下的广义多智能体系统的一致性问题。考虑广义多智能体系统在有无时滞时取得一致性的条件，并研究系统在一致性的前提下可以承受的最大时延；同时针对系统中存在外部干扰的情形，拟得到该系统具有期望抑制扰动性能的一致性条件。通过一致性算法的分析和研究，以及数据仿真试验进一步揭示系统一致性协议的性能，更好地实现所得理论成果在相关学科和工程控制领域的应用价值。

近年来，作为线性和非线性系统控制理论的重要分支，广义系统和多智能体系统的研究在数学以及控制工程领域取得很多引人瞩目的成果。具有广义结构的多智能体系统，作为研究多智能体网络分布式协调控制问题的有力工具被广泛应用。广义多智能体系统的出现不仅为多智能体研究领域提出了很多新的问题，而且其自身也具有很多优美的性质，并与许多经典的控制理论紧密相关。与正常多智能体系统的一致性研究相比，对广义多智能体系统的研究方兴未艾，其很多不为人知的性质也有待探索。因此，对具有广义结构的多智能体系统的一致性及其相关性质进行进一步的研究是一项极为重要的工作。本项目便是把握上述研究热点，主要展开了以下工作：一是致力于理论知识的充分学习和梳理，并对多智能体网络的研究背景进行调研，为当前并不完善的多智能体系统的一致性问题的研究，从内容和范围上不断地深入和拓展。二是借助于线性、非线性系统理论、广义系统控制理论、代数图论以及矩阵论等理论和方法，对多智能体系统在复杂的网络环境（时滞、扰动等）下的一致性问题开展研究，为完善广义系统理论和促进控制学科发展做出贡献。.首先，基于Luenberger观测器，解决了有限通信数据率下的一致性问题，同时给出了使得系统满足一致性条件的观测器和量化器的设计方法。利用可量测信息的量化信号，通过对其采样系统的分析，构建了二阶连续多智能体系统的一致性协议。同时，也给出了无向图下系统在有限通信数据率下的一致性协议的设计方法。进一步，网络通信拓扑是有向图，利用样本的位置和速度数据，得到了有限通信数据率下二阶连续多智能体系统的领导跟随一致性。其次，在切换拓扑下，针对复杂的网络环境（时滞、扰动等）实现了马尔科夫跳变的多智能体系统的 领导跟随一致性。同时，解决了带有马尔科夫跳变的广义系统在转移概率部分未知的情况下的稳定和镇定问题。进一步，针对广义多智能体系统，在动态切换拓扑下，分两种情形(无领导者和领导者跟随)给出了广义多智能系统的两个一致性结论。我们还针对一类具有广义结构的混杂系统，获得了新的的稳定性及其控制结果，为探索广义系统更多丰富的研究内容提供了准备。