输入饱和多智能体系统全分布式协同控制研究

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近年来,随着工业技术的蓬勃发展,多智能体系统的协同控制得到了广泛的应用。而多智能体系统的一致性问题是协同控制中最基本的研究问题,受到了研究学者的广泛关注。一致性控制是指通过设计控制器以及多个智能体之间的信息传递实现智能体的状态或输出一致。然而,在设计智能体的控制器时,往往需要依赖一些难以获取的全局信息,这不利于在实际中应用。此外,智能体的控制输入受物理系统约束也往往存在饱和现象,并且智能体之间的大量信息交换也会造成不必要的通信资源消耗。因此,基于事件触发机制研究具有输入饱和多智能体系统的控制问题具有重要的理论价值和实际意义。首先,针对一类带有输入饱和的不确定多智能体系统事件触发一致性控制问题,提出了一种完全分布式低增益反馈控制策略,证明了在该控制策略下,多智能体系统能够实现半全局一致,所提出的低增益反馈控制策略不依赖于网络拓扑图的全局信息以及网络的规模。进而,将所提出的控制律扩展到基于动态事件触发机制的输入饱和不确定多智能体系统中,从而消除了对连续通信的要求。在事件触发一致性控制律下,证明了每个智能体都能够严格排除芝诺(Zeno)触发行为,从而保证了所提出的事件触发机制的物理可执行性。然后,针对一类具有输入饱和的异构多智能体系统簇输出调节问题,提出了一种基于自适应控制和事件触发机制的全分布式簇一致性控制策略,其中自适应控制策略用于避免对某些全局信息的使用(例如与通信拓扑相关的拉普拉斯矩阵的最小非零特征值、多智能体的数量等),利用动态事件触发机制,能够进一步减少通信资源使用,通过低增益技术能够消除饱和非线性对系统的影响。基于李雅普诺夫(Lyapunov)分析和输出调节理论,进行了稳定性证明,在动态事件触发控制律下,Zeno触发行为能够被排除。最后,通过MATLAB仿真,验证了所提出的基于事件触发机制的低增益反馈控制策略和全分布式簇一致性输出调节方法的有效性。
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