基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法技术方案

本发明专利技术属于智能信息控制领域，特别涉及一种基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法，该方法包括：构建具有切换拓扑结构的多智能体系统；对构建的多智能体系统进行分组；设计脉冲控制协议和非脉冲控制协议；智能体在脉冲时刻和非脉冲时刻分别接收来自邻居智能体的状态信息；通过脉冲控制协议对脉冲时刻的邻居智能体状态信息进行更新；通过非脉冲控制协议对非脉冲时刻接收的邻居智能体状态信息进行更新；完成分组一致；本发明专利技术采用脉冲控制和非脉冲控制相结合的方法控制智能体接收邻居节点的状态信息，并更新自己的状态，既减少网络损耗，增强系统鲁棒性，还加快了系统的收敛时间。还加快了系统的收敛时间。还加快了系统的收敛时间。

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法


[0001]本专利技术属于智能信息控制领域，特别涉及一种基于脉冲控制的具有切换拓 扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于在计算机科学、无人机等方面的潜在应用，多智能体系统受 到了广泛的关注。而在多智能体系统中一致性问题又最为关键，一致性是指系 统中智能体通过接收周围个体传递的信息，并与其邻居个体进行相互通信，最 后收敛到一个共同的状态。
[0003]目前，对于多智能体系统的研究的重点在于实现多智能体系统一致性，即 系统中的智能体实现一个共同的状态。然而，在现实应用中，一致性的状态可 能会随着环境、情形、任务以及时间的变化而变化。因此，提出了分组一致性， 即在系统中所有的智能体可以实现多个不同的状态。在多智能体系统分组一致 性的研究中，主要采用的是连续性控制方法。但相比于连续性控制，非连续性 控制具有更强鲁棒性、易于操作等优点，因此将非连续性控制引入多智能体系 统中是有必要的和可实现的。同时在多智能体系统研究中，考虑具有切换拓扑 结构的系统更贴合实际，使系统更加灵活。
[0004]然而仅仅采用脉冲的方法来实现系统的分组一致性，虽说提高了系统的鲁 棒性，但同时增加了系统的收敛时间。所以，急需一种脉冲控制和非脉冲控制 结合的控制方法来实现系统的快速分组一致性。

技术实现思路

[0005]为解决以上现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于脉冲控制的具有 切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法，该方法包括：
[0006]S1：构建具有切换拓扑结构的多智能体系统，获取脉冲时刻多智能体系统 的拓扑结构和非脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构；
[0007]S2：根据脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构和非脉冲时刻多智能体系统的 拓扑结构对构建的多智能体系统中的智能体进行分组；
[0008]S3：设计控制协议，设置的控制协议包括脉冲控制协议和非脉冲控制协议；
[0009]S4：智能体在脉冲时刻接收来自邻居智能体的状态信息，并通过脉冲控制 协议对脉冲时刻接收的邻居智能体的状态信息进行更新；
[0010]S5：在脉冲时刻更新状态信息后的智能体在非脉冲时刻接收来自邻居智能 体的状态信息，并采用非脉冲控制协议对非脉冲时刻接收的邻居智能体状态信 息进行更新；
[0011]S6：采用李亚普洛夫稳定性定理和图论知识对状态更新后的智能体进行验 证，完成分组一致。
[0012]优选的，获取多智能体系统的拓扑结构的过程包括：将智能体系统中的每 个智能体作为一个节点，获取系统的拓扑图，将图中的每条边作为相邻节点之 间的信息交互。
[0013]进一步的，获取的拓扑图的过程包括：获取系统中的各个节点，并将节点 进行集合V＝[v1,v2,
…
,v
n
]，v
n
表示第n个智能体；根据节点集合得到节点与节点之 间的边的集合为令e
ij
＝(v
i
，v
j
)，即节点v
j
能够接收来自 节点v
i
的信息；令邻接矩阵为A＝(a
ij
)
n
×
n
，且a
ij
≥0，若e
ji
∈ε，则a
ij
＞0；若则a
ij
＝0；其中，a
ij
表示智能体i与智能体j之间的拓扑连接权重；根据节点集合、 边的集合和邻接矩阵构建拓扑图G＝(V,ε,A)，其中，V表示多智能体网络中各个 节点的集合，ε表示节点与节点之间的边的集合，A表示邻接矩阵。
[0014]优选的，对智能体进行分组包括：将智能体系统中的各个节点分为虚拟领 导节点和跟随节点，每个虚拟领导节点连接至少一个跟随节点构成一个分组节 点。
[0015]优选的，设计的控制协议为：
[0016][0017]其中，t∈(t
k
‑1,t
k
]表示非脉冲时刻，t＝t
k
表示在脉冲时刻，表示在非脉冲 时刻节点i的位置变化，N
i
表示在非脉冲时刻节点i的邻居节点的集合，a
ij
表示 在非脉冲时刻节点i与节点j的信息交互，x
i
(t)表示节点i在t时刻的位置状态，l
ij
表示在非脉冲时刻拉普拉斯矩阵L的元素，t
k
表示脉冲时刻，Δx
i
(t)表示在脉 冲时刻智能体i在时刻t的状态变化，d
ij
表示在脉冲时刻节点i与节点j的信息 交互，N
′
i
表示在脉冲时刻节点i的邻居节点的集合，l
′
ij
表示在脉冲时刻拉普拉斯 矩阵L
′
的元素，表示分组σ
j
的智能体期望达到的状态，也就是虚拟领导者的 状态。
[0018]优选的，每组智能体中满足分组一致性的条件为：
[0019][0020]其中，x
i
(t)表示跟随节点i在t时刻的位置状态，x
j
(t)表示跟随节点j在t 时刻的位置状态，σ
i
表示虚拟领导节点，m表示系统中智能体的数量，p表示虚 拟领导节点的数量。
[0021]本专利技术的优点：
[0022]1)本专利技术采用脉冲控制和非脉冲控制结合的方法来实现分组一致性，控制 智能体分别在脉冲时刻和非脉冲时刻接收来自邻居节点的信息，并更新自己的 状态，这样既能减少网络的损耗，增强系统的鲁棒性，还能减少系统的收敛时 间。
[0023]2)考虑具有切换拓扑的多智能体系统，使系统更符合实际，更灵活。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的多智能体系统拓扑图；
[0025]图2为本专利技术的算法流程图；
[0026]图3为本专利技术的时间与拓扑图关系图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]一种基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制 方法，如图2所述，该方法包括：
[0029]S1：构建具有切换拓扑结构的多智能体系统，获取脉冲时刻多智能体系统 的拓扑结构和非脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构；
[0030]本专利技术者构建的拓扑图，首先分成两个分组，然后每个分组有一个虚拟领 导者，对应于拓扑图中的L1和L2，每个虚拟领导者至少相连一个跟随者智能 体；在脉冲时刻以及非脉冲时刻为不同的拓扑图，即智能体之间的连接方式不 同，但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法，其特征在于，包括：S1：构建具有切换拓扑结构的多智能体系统，获取脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构和非脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构；S2：根据脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构和非脉冲时刻多智能体系统的拓扑结构对构建的多智能体系统中的智能体进行分组；S3：设计控制协议，设置的控制协议包括脉冲控制协议和非脉冲控制协议；S4：智能体在脉冲时刻接收来自邻居智能体的状态信息，并通过脉冲控制协议对脉冲时刻接收的邻居智能体的状态信息进行更新；S5：在脉冲时刻更新状态信息后的智能体在非脉冲时刻接收来自邻居智能体的状态信息，并采用非脉冲控制协议对非脉冲时刻接收的邻居智能体状态信息进行更新；S6：采用李亚普洛夫稳定性定理和图论知识对状态更新后的智能体进行验证，完成分组一致。2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法，其特征在于，获取多智能体系统的拓扑结构的过程包括：将智能体系统中的每个智能体作为一个节点，获取系统的拓扑图，将图中的每条边作为相邻节点之间的信息交互。3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲控制的具有切换拓扑结构的多智能体系统的分组一致性控制方法，其特征在于，获取的拓扑图的过程包括：获取系统中的各个节点，并将节点进行集合V＝[v1,v2,
…
,v
n
]，v
n
表示第n个智能体；根据节点集合得到节点与节点之间的边的集合为令e
ij
＝(v
i
，v
j
)，即节点v
j
能够接收来自节点v
i
的信息；令邻接矩阵为A＝(a
ij
)
n
×
n
，且a
ij
≥0，若e
ji
∈ε，则a
ij
＞0；若则a
ij
＝0；其中，a
ij
表示智能体i与智能体j之间的拓...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭大芹，刘雪梅，杨莎莎，储希贤，邓棋盛，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：