一种有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法。在提出的分布式控制算法下，分析了达到有限时间一致性的充分条件。进一步，针对有向连续时变通信拓扑的一种特殊情况，得到了有限时间一致性的充分条件。使得多智能体系统能在有向连续时变通信拓扑情况下达到有限时间一致性收敛。时变通信拓扑情况下达到有限时间一致性收敛。

【技术实现步骤摘要】
一种有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法


[0001]本专利技术涉及多智能体控制
，特别是涉及多智能体系统的在连续时变通信情况下的有限时间收敛。

技术介绍

[0002]近几十年来，由于多智能体系统广泛的应用，如移动机器人，无人驾驶汽车等等。而一致性问题的实质是利用局部信息，获得保证所有主体就一定数量的共同利益达成一致的条件。特别地，有限时间收敛意味着智能体可以在有限时间内达成一致。与一致性协议相比，它具有更快的收敛速度和更好的性能，在控制社会中受到了广泛的关注。
[0003]首先，给出多智能体的定义，智能体是具有有限的传感、通信、计算、学习能力的设备或机器。而多智能体系统是由多个智能体组成的网络，各个智能体之间通过网络的拓扑规则来进行通信，从而共同协作来解决复杂化的任务。它的研究涉及智能体的知识、目标、技能、规划以及如何使智能体采取协调行动解决问题等。研究者主要研究智能体之间的交互通信、协调合作、冲突消解等方面，强调多个智能体之间的紧密群体合作，而非个体能力的自治和发挥，主要说明如何分析、设计和集成多个智能体构成相互协作的系统。
[0004]随着研究的深入，各种有限时间下的一致性控制方法被相继提出。比如在无向图情况下同时考虑了一阶多智能体系统的有限时间和固定时间一致性收敛、一类多智能体系统的有限时间一致性跟踪问题，并确保在存在干扰的情况下实现有限时间一致性跟踪，以及时滞情况下的有限时间一致性跟踪问题等等。
[0005]值得注意的是，在现实中，由于智能体的运动，多智能体的拓扑结构可能不是切换或固定的，而是连续时变的。例如，考虑无线通信中的多机器人系统，任意两个机器人之间的通信能力取决于它们之间的距离。也正因此，通信拓扑对整体系统的性能和稳定性起着重要作用，连续时变拓扑更加复杂，给有限时间一致性的研究带来了挑战。同时也使得我们的工作更有意义。
[0006]就目前而言，有关连续时变的一致性研究都是基于无向拓扑结构的。因此，我们研究了有向拓扑的连续时变通信。因为有向拓扑不仅降低了对通信信道的要求，而且不需要为每个节点配备发射机和传感器/接收机，降低了通信基础设施的成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供有向连续时变通信拓扑下多智能体系统的有限时间一致性控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0009]有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法，包括以下步骤：
[0010]S1、明确研究问题动力学模型；
[0011]S2：明确能使多智能体系统有向连续时变通信的相关条件；
[0012]S3：明确能使多智能体系统在有向连续时变通信情况下达到有限时间一致性收敛的相关条件；
[0013]S4：结合S2、S3，利用智能体节点本身的信息以及其邻居智能体节点的信息，在李雅普诺夫稳定性定理下，设计分布式控制器，确保多智能体达到有限时间一致性收敛；
[0014]S5：将上述未知模型辨识策略、事件触发策略、控制算法通过编程灌入各个多智能体中。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的技术亮点是：考虑有向拓扑结构下的通信时变情况；同时，将系统的收敛时间控制在有限时间内，极大地提高了收敛速度。
附图说明
[0016]图1为本实施例中多智能体通信拓扑图。
[0017]图2为本实施例中多智能体在本文所提出方法下的状态响应图。
[0018]图3为本实施例中多智能体控制输入图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点能够更加清晰、易懂，下面结合附图及实施案例对本专利技术进一步详细描述。
[0020]有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法，包括：
[0021]S1：明确研究问题动力学模型；
[0022]明确多智能体动力学模型含有n个智能体，第i个智能体动力学模型为：
[0023][0024]其中，x
i
(t)∈R
n
,u
i
(t)∈R
n
分别表示智能体的状态和控制输入。
[0025]S2：假定通信拓扑G是一个连续时变的有向强连通结构，a
ij
是一个连续的时变函数，表示代理之间的相互作用拓扑结构。
[0026]S3：明确能使多智能体系统在有向连续时变通信情况下达到有限时间一致性收敛的相关条件；首先设定有限时间收敛条件：
[0027]y
|ζ|
＝sign(y)|y|
ζ
(2)
[0028]其中y表示为一个向量，ζ为任意参数。
[0029]S4：利用智能体节点本身的信息以及其邻居智能体节点的信息，设计分布式控制算法；
[0030]设计智能体i的控制器设计为：
[0031][0032]相关控制参数为：
[0033][0034]其中，N
i
表示智能体i的邻居集合。
z＝ay
|ζ|
+λy
|β|
,z
T
z＝1。a、ζ和β均为正标量，且ζ≠β，λ2是一个矩阵的第二小特征值，
[0035]S5：将上述动力学模型、有向连续时变通信下的有限时间收敛条件、控制算法通过编程灌入各个多智能体中。
[0036]本实施例中多智能体通信拓扑对应的拉普拉斯矩阵如下：
[0037][0038]邻接矩阵A(t)和ξ(t)如下：
[0039][0040]ξ(t)＝(1,1,1,1,1,cost+1.1)
T
[0041]其余控制参数分别为α＝0.5,k＝700,x(0)＝(1,8,4,5,3)
T
.利用给定参数得到的沉降时间T≤为0.0175s。图2和图3分别显示了智能体的状态和设计的控制算法的性能。可以看出，所有智能体的状态在给定初始状态的0.005秒内达到一致，满足(4)给出的结果。
[0042]以上实施例仅是本专利技术的优选实施方案，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本专利技术的保护范围，这些都不会影响本专利技术实施的效果和专利的实用性。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法，其特征在于：包括：S1：明确研究问题动力学模型；S2：明确能使多智能体系统有向连续时变通信的相关条件；S3：明确能使多智能体系统在有向连续时变通信情况下达到有限时间一致性收敛的相关条件；S4：结合S2、S3，利用智能体节点本身的信息以及其邻居智能体节点的信息，在李雅普诺夫稳定性定理下，设计分布式控制器，确保多智能体达到有限时间一致性收敛；S5：将上述动力学模型、有向连续时变通信下的有限时间收敛条件、控制算法通过编程灌入各个多智能体中。2.根据权利要求1所述的有向连续时变通信拓扑下的多智能体系统有限时间一致性控制方法，其特征在于：在S1中：明确多智能体动力学模型含有N个智能体，第i个智能体动力学模型为：其中，x
i
(t)∈R
n
,u
i
(t)∈R
n
分别表示智能体的状态和控制输入。3.根据权利要求1所述的有向连续时变通信拓扑下多智能体系统的有限时间一致性控制方法，其特征在于：通信拓扑G是一个连续时变的有向强连通结构，a
ij
是一个连续的时变函数，表示代理之间的相互作用拓扑结构。4.根据权利要求1所述的有向连续时变通信拓扑下多智能体系统的有限时间一致性控制方法，其特征在于：在S2中：如果存在σ＞0，使得|x
i
(0)
‑
x
j
(0)|＜σ,i,j＝1,
…
,N，并同时存在一个有限时间t
*
≥0对于所有的t≥t
*
都有x
i
(t)＝x
j
(t)，则说明系统能实现局部有限时间收敛。此外，如果对于任何初始状态，存在一个有限的时间t
*
≥0，使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：董桡伟，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：