合作-竞争异质多智能体系统的自适应牵制分组一致性研究

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分组一致性是多智能体系统协调控制的一个重要分支,也是复杂系统协调控制的一个根本与首要问题。随着多智能体系统的分组一致性问题在智能交通、数据融合、编队控制等方面的广泛应用,其已成为众多领域研究者共同关注的热点与前沿问题之一。现存的针对多智能体系统分组一致性问题的研究,主要是面向基于智能体间合作或竞争单一耦合关系所构建的同质系统,其不能完全满足实际应用中由于环境变化、各种干扰条件以及系统控制成本等因素所引起的系统中各智能体动力学行为的差异性以及复杂多重耦合关系的需求。针对此类问题,论文分别讨论了在牵制控制以及自适应牵制控制下具有复杂关系的一类异质多智能体系统的分组一致性问题,主要研究内容如下:讨论了具有弱连通拓扑结构的一类包含一阶和二阶智能体的异质多智能体系统的牵制分组一致性问题。同时考虑了智能体间的合作与竞争交互,设计了一种新颖的分布式二分一致性控制协议。引入牵制控制策略,运用李雅普诺夫稳定性定理、代数图论和M矩阵等数学方法,得到了确保异质系统达到二分一致的代数条件判据。研究表明,为使系统实现分组一致,入度为零的智能体必须被牵制,且二阶智能体的牵制增益需满足一定的代数条件。此外,研究发现对于具有无向连通拓扑结构的异质复杂系统,由于其无入度为零的节点,因此,不需要牵制任何节点此系统便可实现二分一致。仿真实验的结果验证了理论分析所得结论的正确性与有效性。为了有效解决牵制控制中控制增益的选取问题,引入自适应控制策略,讨论了具有合作-竞争关系的异质多智能体系统的自适应牵制分组一致性问题。利用自适应与牵制控制策略,设计了自适应牵制控制协议。给出了异质系统实现自适应牵制二分一致的条件判据和相应的牵制策略。同时,研究发现牵制增益的上界与被牵制节点的入度以及节点间的耦合强度相关。仿真实验进一步验证了所得结论的正确性与有效性。最后,对本论文的工作进行了总结,并对分组一致性的后续研究工作进行了展望。
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