随机非线性多智能体网络系统鲁棒一致性分析与综合

This project studies the problem of robust consensus coordination control for stochastic nonlinear network-based multi-agent systems. The main content of this project includes: Build a reasonable and accurate stochastic nonlinear multi-agent system model under the consideration of the ninlinearity of agent's dynamic and the existence of random external disturbance; Based on the proposed model, according to the practical problems around consistency control including dynamically changing topologies, information transmission time-delays, package loss and package disorder, design a new network-based consensus protocal, obtain the consensus criterion and the design method of the consensus protocal; The analysis and synthesis of robust H2, H∞, L2-L∞performance index; With the interval parameter pertubation,research the robust consensus of stochastic nonlinear multi-agent systems,develop the sufficient or sufficient and necessary conditions guaranteeing the multi-agent system be stable, and obtain the design method of the distributed robust consensus protocol, analyze the influneces of the interval parameter perturbation range for system stablility; The study of simulation and experiment. The research of this project will not only promote the development of the consensus theoty, but also have important applications in many fields such as formation control of multi-robots, etc. In conclusion,this project is a very important theoretic and applicable research.

本项目研究随机非线性多智能体网络系统的鲁棒一致性协调控制问题。项目主要研究内容有：考虑到智能体动态的非线性特性以及外部随机扰动的存在，建立符合实际、合理准确的随机非线性智能体系统模型；针对此模型，围绕一致性控制中的实际问题，包括通讯网络拓扑、通讯时滞、信息传输丢包、乱序等问题，构造基于网络的新型一致性控制协议，获得保证系统达到一致的判据，进而给出一致性控制律协议的设计算法；分析系统具有外部扰动时的鲁棒H2,H∞,L2-L∞ 性能指标；研究随机非线性多智能体系统的具有区间参数摄动的鲁棒一致性，给出保证系统达到鲁棒一致的条件以及分布式鲁棒一致性协议的设计算法，分析区间参数摄动范围对系统稳定性的影响；仿真与实验研究。本项目的研究，不仅会推动一致性理论的发展，还将在机器人编队等相关领域具有重要的应用，项目研究具有理论意义和实际应用价值。

近年来，多智能体系统的协调控制引起了国内外多学科领域学者的广泛关注。一致性问题是多智能体协调控制研究中的一个基本问题，并且取得了一系列研究成果。考虑到已有结果在智能体动态模型、基于网络的分布式协议的设计和控制协议的鲁棒性等方面的局限性，本项目研究了非线性多智能系统的基于网络的一致性问题。主要研究内容有：具有非线性动态的智能体运动学建模；随机切换拓扑结构下非线性多智能体系统的分布式一致性控制；智能体状态或输出信息未知情况下，基于观测器或动态输出反馈控制策略的分布式一致性；多非完整移动机器人的协同控制；广义非线性系统的滤波与控制研究等。. 本项目取得的成果主要包含以下五个方面：（1）针对一类具有时变时滞和Markov随机切换拓扑结构的多智能体系统，设计了依赖于智能体个体状态的分布式协议，得到了系统达到平均一致的条件；（2）针对多智能体动态中含有Lipschitz非线性特性的多智能体系统，研究了基于观测器状态的自适应一致性问题，给出了一致性协议的设计方法，所提方法降低了已有结果的保守性；（3）采用动态反馈控制协议的方法，设计了具有Lipschitz非线性动态的多智能体系统的自适应一致性控制协议，使系统状态达到一致；（4）研究了（1,2）型非完整多移动机器人组的一致性协同控制；（5）研究了利普希兹非线性广义系统的滤波器设计和可靠性控制问题，得到了广义非线性系统解存在唯一性的条件，给出了相应滤波器和可靠性动态输出反馈控制器的设计方法，为下一步针对广义非线性多智能体系统的一致性研究做铺垫。项目成果主要以学术论文形式体现，已发表标注本项目资助且与本项目相关的论文10余篇，其中，SCI检索期刊论文6篇（ESI高被引论文1篇），EI检索会议论文3篇，指导与本项目相关的硕士研究生4名，其中已毕业研究生2名。. 本项目针对已有研究成果中的局限，交叉融合非线性理论、鲁棒控制理论、随机控制理论、LMI 理论等多种方法和技术，结合代数图论、矩阵论和Lyapunov 泛函理论，发展了基于网络的、低保守性的、分布式一致性协议，得到了系统达到一致的条件和分布式一致性协议的设计方法，并通过计算机仿真进行了验证。由于多智能体系统具有广泛的实际应用背景，所得结果在推动基础理论研究的同时，还将具有实际应用价值和现实意义。