考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法技术

本发明专利技术提供一种考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法，涉及信息技术领域。首先，构造无向连通网络拓扑图，建立多智能体系统的状态方程；然后，设计包含能量损耗项、控制变化项、网络代价项以及一致性误差项的性能函数；其次，根据所设计的性能函数得到能量最小化的分布式一致性控制算法；最后，在控制算法的作用下，计算出多智能体系统任务给定的完成时间以及所需携带的初始能量。本发明专利技术提供的分布式一致性控制算法在仅使用局部信息的情况下，考虑了控制输入变化所带来的影响，应用范围更广。此发明专利技术对于多智能体系统分布式一致性控制的研究不仅有深刻的理论价值，而且还具有丰富的实践价值。而且还具有丰富的实践价值。而且还具有丰富的实践价值。

【技术实现步骤摘要】
考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法


[0001]本专利技术涉及信息
，尤其涉及一种考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法。

技术介绍

[0002]智能体是具有一定的适应性，可以在环境中与其它个体进行交互，从而调节自身的状态和行为的自主性个体。多智能体分布式一致性是多智能体研究中的一个重要问题，其目标是每个智能体的状态能够追随到它们初始状态的平均值。在众多考虑分布式一致性的文章以及算法中，考虑到由于控制输入变化而导致的控制机构磨损这方面的研究少之又少。在控制过程中，如果控制算法的变化过大，会导致控制机构的不断变化，进而会带来相应的磨损。因此，设计考虑控制输入变化的能量最小化的算法是具有重要意义的。
[0003]在多智能体分布式一致性研究领域中，往往需要利用拉普拉斯矩阵相关的特征值信息等全局信息。而在实际应用中，由于智能体的空间分布和传感器的信息收集能力有限，获取所需要的全局信息比局部信息更加困难。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种考虑控制输入变化的能量最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构造多智能体系统的网络拓扑图，其网络拓扑图是无向连通图其中，表示N个节点的集合，表示边的集合，表示邻接矩阵，a
ij
为邻接矩阵A的元素，表示N
×
N维实数矩阵的集合；所述邻接矩阵中，如果节点i,j之间有边相连，则有a
ij
＝a
ji
＝1，否则有a
ij
＝0，D＝diag([d1,...,d
N
])表示度矩阵，其中表示第i个节点的度，拉普拉斯矩阵定义为L＝D
‑
A，并且拉普拉斯矩阵L是半正定的，其特征值满足0＝λ1<λ2≤...≤λ
N
，其中λ
i
代表第i个特征值，对于拉普拉斯矩阵L，存在特征向量矩阵W，使得L＝W
T
ΛW，其中，Λ＝diag([λ1,...,λ
N
])；步骤2：建立多智能体系统的状态方程，用网络拓扑图中的节点表示智能体，边表示不同智能体之间的关系；步骤3：考虑控制输入带来的损耗和多智能体系统完成任务所需要的能量，以及网络代价项和一致性误差，构建相应的性能函数；步骤4：根据步骤3中定义的性能函数，定义优化问题，得到分布式最优控制律；步骤5：根据步骤4所得到的分布式最优控制律，在此算法的控制下，给定任务完成时间以及所需携带初始能量的约束；步骤6：求解多智能体系统任务完成时间以及所需携带的初始能量要求，实现多智能体的分布式一致性。2.根据权利要求1所述的一种用于多智能体系统的能量最小化的分布式一致性控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1：根据步骤1构造的无向网络拓扑图，将通信网络中的节点作为每个智能体，边表示不同智能体之间的关系，然后构建模型；步骤2.2：考建立多智能体系统的状态方程，用网络拓扑图中的节点表示智能体，边表示不同智能体之间的关系；考虑一组有个数N≥2，维数为n≥1的多智能体系统模型如下所示：其中，表示第i个智能体的状态，表示第i个智能体的控制输入，表示n维实向量集合；将整个多智能体系统的状态信息和控制输入分别记为和和和表示Nn维的实向量集合。3.根据权利要求1所述的一种考虑控制输入变化的能量最小化的分布式一致性控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3.1：考虑控制输入带来的损耗多智能体系统完成任务所需要的能量以及网络代价项和一致性误差其中，t
f
为系统完成任务的时间，L为拉普拉
斯矩阵，为Kronecker积，I
n
为n
×
n维的单位阵，与S＝(p
*
)2L为半正定矩阵，0<μ1<λ2，λ2为拉普拉斯矩阵的最小非零特征值，p
*
为最优控制参数，为权重参数；步骤3.2：根据上述考虑的代价项，构建性能函数J(t
f
)如下：其中，为权重参数，J
E
(t
f
)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，张青昀，项林英，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：