给定预值的多智能体系统保成本输出一致性控制

Consensus control problems, which are the fundamental problem for the cooperative control of multi-agent systems, have become an important branch in the control theory and applications field. The guaranteed cost consensus control is able to simultaneously consider the consensus regulation performance and the control effort for multi-agent systems, where the optimal or sub-optimal consensus control for multi-agent systems can be obtained. From the existing works, the existing conclusions focus on the guaranteed cost control problem of the state consensus and the guaranteed cost upper bound may exceed the maximum capacity of multi-agent systems. Therefore, this research project will investigate the guaranteed cost control for output consensus of multi-agent systems with given budgets, where switching topologies and time delays will be considered, respectively. Firstly, the guaranteed cost control for output consensus of multi-agent systems with fixed topologies will be studied, where a consensus protocol with the special structure will be constructed. Some criterions for guaranteed cost output consensus control will be presented and a design approach will be given to determine the consensus gain matrices. Secondly, the guaranteed cost control for output consensus of multi-agent systems with switching topologies and time delays will be addressed, respectively. Moreover, for the fixed topologies case, the switching topologies case and the time delays case, when multi-agent systems achieve the guaranteed cost output consensus, the impacts of the given budget on the guaranteed cost upper bound will be analyzed, respectively.

一致性控制问题是多智能体系统协同控制的基本问题，已成为控制领域内一个重要的研究方向。保成本一致性控制同时考虑了一致性调节性能和能量消耗，能够使多智能体系统获得最优或次优一致性控制。从现有文献可以看出，当前集中研究的是保成本状态一致性控制问题，并且很少考虑保成本边界值可能超过系统实际可承受的最大能力。因此，本项目考虑切换拓扑和通信时延等因素的影响，深入研究给定预值的多智能体系统保成本输出一致性控制问题。首先，研究固定拓扑条件下给定预值的保成本输出一致性控制，通过构建具有一定结构的一致性控制协议，给出系统获得保成本输出一致的判据准则和增益矩阵的设计方法。其次，分别揭示切换拓扑和通信时延对给定预值的保成本输出一致性控制的影响机理。再次，针对固定拓扑、切换拓扑和通信时延三种情形，在多智能体系统获得保成本输出一致时，分别探讨给定预值与保成本边界值之间的关系。

多智能体系统，又称多主体系统或群系统，是指由多个具有自主性的智能体通过网络拓扑互联以协同完成某项复杂任务所组成的系统。通过文献调研发现，多智能体系统协同控制的相关研究成果主要包括一致性控制、编队控制、同步控制、集群控制等，其中很多协同控制问题可以被转化为一致性控制问题进行解决。很多情况下很难直接测量到各个智能体的状态信息，而只能获得其输出信息或部分状态信息，并且需要输出信息实现一致，即是多智能体系统的输出一致性控制问题。随着理论研究的深入和应用需求的提高，对一致性控制不仅要求多智能体系统能够获得一致，还需要使控制过程中所消耗的能量尽可能少。为防止保成本边界值大于系统可承受的最大性能，可以为保成本一致性控制中的性能指标函数给出一个性能预值，使控制过程中的一致性控制性能得到进一步优化。可见，研究给定预值的多智能体系统保成本输出一致性控制问题具有十分重要的意见。.项目以给定有限预值前提下的多智能体系统为研究对象，提出了固定拓扑、切换拓扑和时间延迟条件下多智能体系统实现保成本输出一致性分析和设计的判据，给出了不同条件下一致函数的显式表达式，构建了能够表征多主体系统分布式特征的性能指标函数，从性能优化的角度分析与设计了一致性控制，完成了给定预值的多智能体系统保成本输出一致性控制相关问题的研究任务；同时，项目组还扩展研究了非线性多智能体系统保成本一致性分析与设计、基于一致性控制方法的多智能体系统编队控制、多智能体系统封闭控制、集群作战与反集群对策等问题，取得了较好的科研成果。在该项目的资助下，出版学术专著1部，在国内外知名刊物和重要学术会议上发表学术论文29篇，其中，SCI检索国际期刊论文16篇，EI检索期刊论文4篇，EI检索会议论文7篇，上述研究成果均标注本基金资助号。