线性多智能体系统的群一致跟踪控制理论研究

Consensus tracking problem of multi-agent systems is an important research branch of the consensus problem. Due to its potential applications in spacecraft formation flying and sensor networks and so on, consensus tracking issue has been extensively studied by domestic and foreign scholars in recent years. However, in practical engineering system, according to the physical characteristics of the individual or task assigned，agents in a multi-agent system may be divided into different groups, and followers in each group need to track the leader in the same group. Compared with the consensus tracking problem, research on group consensus tracking control will be more likely to reveal the complexity of multi-agent system network and more accords with the engineering practice. This paper will focus on the group consensus tracking issue of first/second order integral system and high order systems with topology change, delay, sampling, noise and disturbance and so on. The specific research contents include: establish a standard modeling theory and method; establish the group consensus tracking control theory by solving the following problems: the group consensus tracking condition, the group consentability tracking and the protocol design; solve the computation and optimization problems of system parameters, delay, sampling period etc; verify the established group consensus tracking control theory in robot simulation system. Finally, we form a complete set of group tracking control theory on multi-agent systems.

多智能体系统的一致跟踪问题是一致性问题中的一个重要研究分支，因其在卫星编队、传感器网络等领域有重要应用前景，引起了国内外学者的广泛研究。而在实际工程系统中，多智能体系统中的个体基于物理特性或者任务分配可能会分成不同的群,每个群中的跟随者都跟踪同一群中的领航者。因此，我们有必要研究群一致跟踪控制问题。与一致跟踪问题相比，群一致跟踪控制的研究将更能揭示多智能体系统网络的复杂性和更符合工程实际。 本课题拟围绕连接拓扑变化、时延、采样、噪声和干扰等问题，研究一阶/二阶积分系统和高阶系统的群一致跟踪控制问题, 具体研究内容包括建立一套规范的建模理论和方法；围绕着群一致跟踪问题的可解性、群一致跟踪的条件和群一致跟踪协议设计建立群一致跟踪控制理论；解决系统参数、时延、采样周期的计算和优化问题；群一致性跟踪控制理论在机器人仿真系统中的验证。最终，形成一套完整的多智能体系统群跟踪控制理论体。

多智能体系统的协调控制（cooperative control of multi-agent systems）是指一组自主的智能体为达到某种目标，以信息通信等方式相互作用，以实现期望的整体目标。多智能体系统的协调控制是当前国际控制领域的前沿研究方向，在卫星编队、传感器网络、 分布式观测与监控、军事航天等领域有着重要应用前景。一致跟踪控制(consensus tracking control)问题是在一致性问题研究基础上延伸出来的新课题，是一致性问题的一个重要研究分支，其研究目标是对存在一个领航者的多智能体系统，设计一致跟踪算法使得所有的跟随者趋于领航者的状态。而在实际工程系统中，多智能体系统中的个体基于物理特性或者任务分配可能会分成不同的群,每个群中的跟随者都跟踪同一群中的领航者。因此，本课题对多智能体系统的群一致跟踪控制问题开展了系统研究。. 本课题围绕连接拓扑变化、时延、采样等问题，重点建立了一阶/二阶积分系统实现群一致跟踪控制问题的一系列理论判据。在研究中我们发现矩阵H:=L+B在多智能体系统的跟踪控制中占有重要的地位， 其正稳定性与整个eader-follower群中 跟随者之间的通信连接状况，以及跟随者与领航者之间的通信连接状况有着密切的联系。研究中重点解决了三个问题：给定一个多智能体系统， 如何建立分群的规则？哪些跟随者需要跟领航者有之间有直接通信？连接的权重应该取多少？多智能系统中的参数、时延、采样周期等的取值范围和计算问题。. 研究多智能体系统的群一致跟踪控制理论将丰富和发展现有的多智能体系统一致性理论，为多智能体系统的研究注入了新的活力，为多智能体系统其它方面的研究提供理论与方法上的支持和借鉴，促进多智能体系统的跟踪控制理论在实际工程系统中的应用。因此，本课题无论在理论上还是在应用上都具有非常重要的意义。