多智能体系统一致性的采样控制方法
【专利摘要】本发明属于智能控制领域，是多智能体系统一致性的采样控制方法，本发明应用时滞分解技术，提出了一种新的一致性算法即具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统一致性的采样控制协议，基于采样数据控制的研究，应用线性系统的稳定性理论和代数图论，寻找适当的采样周期，分别讨论了具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统渐进实现平均一致性的充分必要条件。本发明的优点在于取代原有的使用数值微分来近似计算时滞状态导数的协议，选取适当的采样周期来确保一致性的实现，分别讨论了具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统渐进实现平均一致性的充分必要条件，从而提高了系统的稳定性。
【专利说明】多智能体系统一致性的采样控制方法
一、【技术领域】
[0001]本发明是多智能体系统一致性的采样控制方法，属于智能控制领域。
二、【背景技术】
[0002]多智能体系统是近年来发展起来的一门新兴的复杂系统科学，同时它也是一门涉及生物、数学、物理、控制、计算机、通信以及人工智能的综合性交叉学科。目前多智能体系统的协调控制问题已经得到来自这些领域的科研工作者的广泛关注。
[0003]我们对多智能体系统的分布式协同控制进行研究，不仅仅是为了揭示自然界中许多物理现象的内在规律，更重要的是利用所获得的对其内在规律的认识更好地指导我们的活动，更好地服务于人类社会。如今，多智能体系统的分布式协同控制已经应用到许多领域，如群集、聚集、蜂拥、编队控制、分布式传感器网络、通信网络的拥塞控制、无人驾驶航空器的协同控制及姿态协调等等。
[0004]在实际中，用多智能体系统取代目前的人工操作系统可以很大程度的节省生产成本,并且更加安全；此外,群体通过局部协作而获得群体优势的特点也刺激了多智能体系统在工程中的应用。在军事领域，采用空中无人驾驶机系统进行作战和侦察，可以减少人员的伤亡，还能具有超高过载的机动能力，有利于攻击和摆脱威胁；在民用领域，多智能体系统可以完成资源勘测、灾情侦察、通信中继、环境监测等繁重、重复或具有一定危险性的任务，例如自治移动小车系统，自动高速公路系统，空间开发与探测，海洋勘探，传感器网络等。而且，据专家们推测，“21世纪可能成为无人战争时代”，也就是说，未来战场上自动化技术将得到大规模的运用，各种自治的和半自治的地面、空中和海上的作战平台将通过多智能体系统联系在一起，与作战人员共同完成任务，这将是一种无可争议的发展趋势。
三、
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出了多智能体系统一致性的采样控制方法。具体实现包括以下内容:
[0006]在实际应用中，通信时滞(主要是个体之间通过传感器或通信设备进行信息传输而产生的)和输入时滞(个体自身对于外部作用或信号的处理所产生的)的干扰是不可避免的，而且可能引起网络系统的发散或震荡。因此，对时滞影响的研究是十分必要的。
[0007]由于通讯条件的限制和总成本约束，信息几乎不能连续传递，或者只能周期性交换信息.另一方面，在很多情形下，尽管系统本身是一个连续时间过程，但是由于数字传感器和控制器的应用，在许多情况下，尽管系统本身是一个连续过程，但是控制器的综合仅使用采样时刻的信息，即只有在离散采样瞬间的采样数据对控制合成有效。所以，考虑间歇性传输信息更加实用，从而建模为离散时间系统或混合系统。与带有连续时间控制器的连续时间系统或自身就是离散时间的系统相比，通过采样控制的连续时间系统有许多优点。一方面，基于采样数据设计的数字控制器在控制精度、控制速度、控制性能以及控制费用方面具有明显优势。另一方面，在工程应用中，连续信号对通信带宽的要求更高，这在大多数情况下是不可得到的。因此，连续时间系统的采样控制更能满足实际情况的需要。
[0008]对于大多数现有的一致性协议，大部分是在当前状态或时滞存在下提出的。然而，在某些情况下，时滞状态导数反馈的引入在确保系统实现一致性方面是非常有必要的。2011年曹等人研究了具有时变参考状态的一阶和二阶连续时间多智能体系统的一致性跟踪问题并证明了当虚拟领导仅对部分智能体存在时，提出的不具有时滞状态导数反馈的一致性跟踪协议不能确保实现一致性的跟踪。同时，2012年吴等人在具有通信时滞的连续时间多智能体系统中，通过引入适当的时滞状态导数反馈增益，提高了一致性的性能，其性能主要包括通信时滞的鲁棒性(即系统所能容忍的最大时滞)和实现一致的收敛速度。然而，曹和吴的研究在实际应用中，对于某个智能体很难获得它的邻居智能体的时滞状态导数反馈信息，就是说具有时滞状态导数反馈的一致性很难实现。为了克服这个问题，2012年吴等人提出了采样数据控制条件下使用数值微分来近似计算时滞状态导数的策略，然而，这种近似计算可能破坏系统的稳定性。而且，文献中选取适当的采样周期来确保一致性的实现目前还没有被引用。
[0009]综合以上分析，主要从以下几个方面进行研究:
[0010](1)应用时滞分解技术，提出了一种新的一致性算法即具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统一致性的采样控制协议；
[0011](2)基于采样数据控制的研究，应用线性系统的稳定性理论和代数图论，寻找适当的采样周期，分别讨论了具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统实现一致性的充分必要条件；
[0012](3)数值仿真图证明了理论结果的有效性。
[0013]本发明的优点在于取代原有的使用数值微分来近似计算时滞状态导数的协议，选取适当的采样周期来确保一致性的实现，从而提高了系统的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明中使用的由四个智能体构成的加权无向连通的网络拓扑结构图；
[0015]图2多智能体系统稳定的状态图；
[0016]图3多智能体系统不稳定的状态图。
【具体实施方式】:
[0017]下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明:
[0018]a)问题描述:
[0019]结合附图1，考虑如下一阶多智能体系统4(0 = ⑴，i e I (I)
[0020]其中，Xi (t) e R和Ui (t) e R分别代表智能体i的状态和相应的控制输入。
[0021]定义I多智能体系统(I)被称为渐近实现平均一致，如果每个智能体的状态满足
渐近性=Iimi^00X,=为了同时提高通信时滞的鲁棒性和实现一致的收敛速
N /=1 Vz e / ο
度，吴和方提出了以下基于时滞状态导数反馈的一致性协议:
[0022]uI ⑴=aIj iixj (t~T) + βΧ] (t - ?.)] -[Xi (t-τ) + Pxi (t - r)]}⑵
[0023]其中，τ > O代表通信时滞和β代表时滞状态导数反馈的强度并满足β e (O,min{ τ，
为了应用协议(2)使多智能体系统实现一致性，我们提出了一种新的方法即，使用(Xi (t- τ ) -Xi (t- τ -h)) /h 和(Xj (t_ τ ) -Xj (t_ τ -h)) /h, j e Ni 来分别代替木0 一 τ)和Xj(t-T), j e Nio其中，h> O代表采样周期。于是我们就提出了具有时滞状态导数反馈
的一阶多智能体系统一致性的数值微分的协议:
[0025]
【权利要求】
1.多智能体系统一致性的采样控制方法，该方法主要从以下几个方面进行研究: (1)应用时滞分解技术，提出了一种新的一致性算法即具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统一致性的采样控制协议； (2)基于采样数据控制的研究，应用线性系统的稳定性理论和代数图论，寻找适当的采样周期，分别讨论了具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统渐进实现平均一致性的充分必要条件； (3)数值仿真图证明了理论结果的有效性。
2.根据权利要求1所述的多智能体系统一致性的采样控制方法，其特征在于:所述内容(I)中的时滞分解技术理论的的提出和提出了一种新的一致性算法即具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统一致性的采样控制协议。
3.根据权利要求1所述的多智能体系统一致性的采样控制方法，其特征在于:所述步骤(2)在利用线性系统的稳定性理论和代数图论，寻找适当的采样周期，分别讨论了具有时滞状态导数反馈的一阶多智能体系统渐进实现平均一致性的充分必要条件。
【文档编号】G05B13/02GK103869698SQ201210551784
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】彭力, 王娜 申请人:江南大学