混杂多智能体网络协同分析与控制

Coordination of networks of multi-agents is a hot research topic in the field of complex systems in recent years. Meanwhile, hybrid systems have aroused much research attention, as hybrid systems can well characterize fruitful dynamics of modern digital control systems. This project is aimed to study coordination and pinning control of hybrid multi-agent networks with switching or impulsive effects by means of control theory and graph theory. Firstly, by introducing complex switching (impulsive) rules and considering performance indices and heterogeneities, the coordination problem of switching and impulsive multi-agent networks will be investigated; Secondly, by further using control theory and optimization methods (like scheduling techniques, convex relaxation, regulation method and swarm intelligence), the leader-following consensus and pinning control will be studied for switching and impulsive multi-agent networks; Finally, by using the methods of time-delayed systems and proposing new comparison principles, the coordination control problem will be addressed for switching and impulsive multi-agent networks. It is expected to extend the obtained results into the coordination of quadrotors through simulations and experiments. This project provide theoretical methods and applicable instructions for coordination of multi-agent networks.

多智能体网络的协同控制问题是近年来复杂系统领域里的一个研究热点问题。同时，混杂系统可以刻画现代数字化控制系统中纷繁复杂的动力学行为而受到广泛关注。本项目旨在运用控制理论和图论等方法研究具有切换或脉冲的混杂多智能体网络的协同分析和控制问题。首先，通过引入复杂切换(脉冲)规则，并考虑多种性能指标和节点异质性等因素，研究切换和脉冲多智能体网络的协同控制问题; 其次，进一步运用控制理论以及优化方法(如调度策略、凸松弛方法、正则化方法和种群优化算法等)，研究切换和脉冲多智能体网络的牵制控制(领航者-追随者一致)问题；最后，运用时滞系统分析方法，提出新的比较定理，研究具有各种时滞的切换和脉冲多智能体网络协同分析与控制问题。同时以期将结果拓展到四旋翼飞行器协同控制的仿真和实验中。本项目的研究将为多智能体网络协同分析提供理论依据和应用指导。

多智能体网络的协同控制问题是近年来复杂系统领域里的一个研究热点。同时，混杂系统可以刻画现代数字化控制系统中纷繁复杂的动力学行为而受到广泛关注。本项目针对具有切换或脉冲的混杂多智能体网络的协同分析和控制问题，主要研究了三方面内容：具有复杂切换(脉冲)规则的混杂多智能体网络协同分析；混杂多智能体网络牵制控制；具有时滞的混杂多智能体网络协同分析和牵制控制。针对上述内容，本人以第一作者或通信作者在Automatica和IEEE汇刊发表论文15篇；发表会议论文6篇。主要研究成果汇总如下：.(1).对于研究内容一： ①系统地研究了具有随机脉冲非线性系统的输入到状态稳定性，给出了随机脉冲和脉冲时刻满足不同过程时的稳定性结果；②考虑了具快切换适应策略的异步切换多智能体系统的输出一致问题，提出了切换多智能体间实用输出同步控制协议；③在事件触发策略下，给出了多智能体姿态一致性算法和多传感器最优融合估计算法；④针对带有参数不确定性的多拉格朗日系统时变编队问题，提出了一种分布式事件驱动协议。.(2).对于研究内容二：①针对带有固定和切换拓扑结构的多智能体网络事件触发凸包控制问题，给出了领导者们固执己见和非固执己见两种情形下的凸包控制结果；②考虑了一类切换异构的多智能体系统的准一致(有界一致)问题，得到了多智能体系统实现准一致的充分条件并获得了保守性较少的切换时间上下界；③针对一类带有FlexRay通信协议的信息物理融合系统的跟踪问题，提出了一些充分条件来保证跟踪误差收敛。.(3).对于研究内容三：考虑了带有时延的时变切换系统的输入到状态稳定性问题，针对输入到状态稳定性和积分的输入到状态稳定性这两种情形，利用Lyapunov-Razumikhin和比较定理方法，提出了比现有一些工作应用更广泛的结果。.本项目取得的研究成果解决了群体智能和自主协同与决策等基础理论方面一些重要科学问题，对多机器人协作控制的应用，乃至社会与经济的发展将起到积极的推动作用。