一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，针对具有乘性噪声的一阶和二阶异构多智能体系统一致性控制问题，提出了在乘性噪声环境下的一种分布式控制协议，在分布式控制协议下，将异构多智能体系统一致性问题进一步转化为带乘性噪声的离散时间随机系统的稳定性问题。然后构造适当的李雅普诺夫函数，提出了这类方程的稳定性分析方法，对于无领导

【技术实现步骤摘要】
一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法


[0001]本专利技术涉及多智能体系统协同控制领域，尤其涉及一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法。

技术介绍

[0002]自从20世纪80年代以来，多智能体系统(MAS)已经成为了自动控制、机器人、交通等领域的一个热门研究方向。MAS由一组智能体组成，这些智能体可以通过通信网络相互交互，从而实现某种共同目标。MAS的一个重要问题是如何控制这些智能体以实现所需的集体行为，例如一致性、协调和合作。MAS的控制涉及到了分布式控制、协同控制和一致性控制等多个方面，其中一致性控制是MAS中的一个基本问题。
[0003]一致性控制在MAS中具有重要的研究意义和应用价值。在一些应用场景下，例如交通流控制、机器人编队控制和群体智能等领域，需要实现多个智能体之间的协同和一致性行为。例如，在机器人编队控制中，需要使得多个机器人在一定的形态下进行运动，这就需要实现多个机器人之间的协同和一致性控制。在交通流控制中，需要实现车流之间的协同和一致性行驶，从而实现交通的高效、安全和稳定。因此，一致性控制是实现MAS中集体行为的基本方法之一。
[0004]随着研究的深入，异构MAS(HMAS)成为了一个研究热点。在HMAS中，智能体可以具有不同的动力学特性、控制策略、感知能力和通信能力等。HMAS的一致性控制问题具有较高的难度，因为不同智能体之间存在着动力学和控制的异构性。为了实现HMAS的一致性控制，需要设计相应的控制协议，同时考虑到不同智能体之间的异构性。
[0005]在真实的通信系统中，每个智能体从其邻居获得的测量信息经常受到测量噪声的影响，其中乘性噪声是较为常见的干扰因素。乘性噪声是信道特性随机变化引起的噪声，它主要表现在无线电通信传输信道中，这类噪声只有在信号出现在上述信道中才表现出来，它不会主动对信号形成干扰，而且可以对系统的某种稳定性起到积极作用。所以考虑乘性噪声给HMAS一致性控制带来一系列的不确定因素是很有必要的，由于HMAS一致性控制在工程实际中的广泛应用，对其进一步研究具有广阔的前景。

技术实现思路

[0006]为了解决现有异构多智能体系统没有考虑到离散时间下带有乘性噪声的技术问题，本专利技术提供了一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，提出了在乘性噪声环境下的一种分布式控制协议，在分布式控制协议下，将异构多智能体系统一致性问题进一步转化为带乘性噪声的离散时间随机系统的稳定性问题。然后构造适当的李雅普诺夫函数，提出了这类方程的稳定性分析方法，对于无领导
‑
跟随异构多智能体系统，得到了均方和几乎必然一致的充分条件，求解出合适的控制增益，进而实现了离散时间异构多智能体系统在乘性噪声环境下的一致性控制。该方法主要包括：
[0007]S1：对离散时间异构多智能体系统设置带有乘性噪声的分布式控制协议；
[0008]S2：根据邻居的信息获取分布式控制协议中智能体的控制输入，得到一阶智能体和二阶智能体的动力学方程，将动力学方程转换为误差方程的稳定性问题，即将异构多智能体系统的一致性问题转换为离散随机系统的稳定性问题；
[0009]S3：构建稳定性问题的一致性可行性条件；
[0010]S4：根据稳定性的可行性条件，选择合适的控制增益，使得异构多智能体系统达到均方和几乎必然一致，实现了离散时间异构多智能体系统在乘性噪声环境下的一致性控制。
[0011]进一步地，所述离散时间异构多智能体系统由M个一阶智能体和N
‑
M个二阶智能体组成。
[0012]进一步地，第i个一阶智能体的动力学方程表示为：
[0013]x
i
(k+1)＝x
i
(k)+u
i
(k),i∈V
f
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.1)
[0014]其中，V
f
＝{1,2,...,M}，k表示第k时刻，k+1表示第k+1时刻，表示一阶智能体在k时刻的位置信息，表示一阶智能体在k时刻的控制输入。
[0015]进一步地，第i个二阶智能体的动力学方程表示为：
[0016][0017]其中，V
s
＝{M+1,...,N}，M、N均为大于等于1的正整数，k表示第k时刻，k+1表示第k+1时刻，表示二阶智能体在k时刻的位置信息，表示二阶智能体在k时刻的控制输入表示二阶智能体在k时刻的速度信息。
[0018]进一步地，第i个智能体从邻居第j个智能体获取的信息受到量测噪声的影响表示为：
[0019]φ
ji
(k)＝x
j
(k)+f
ji
(x
j
(k)
‑
x
i
(k))ξ
ji
(k),j∈N
i
ꢀꢀꢀꢀ
(1.3)
[0020]其中，x
j
(k)表示第j个智能体在k时刻的位置信息，x
i
(k)表示第i个智能体在k时刻的位置信息，表示量测噪声，表示噪声强度函数，N
i
表示第i个智能体的邻居。
[0021]进一步地，所述分布式控制协议为：
[0022][0023]其中，k1和k2是控制增益，若第i个智能体可以获得来自第j个智能体的信息，则a
ij
＝1，否则a
ij
＝0，N
i
表示第i个智能体的邻居，φ
ji
(k)表示k时刻第i个智能体从邻居第j个智能体获取的信息受到量测噪声的影响。
[0024]进一步地，所述稳定性问题的一致性可行性条件包括：
[0025]如果对于任意智能体的位置初始值和速度初始值以及所有不同的i,j∈V，都有则称多智能体系统在控制协议下达到了均方一致；
[0026]如果对于任意的位置初始值和速度初始值以及所有不同的i,j∈V，都有则称多智能体系统在控制协议下达到了几乎必然一致；
[0027]其中，和均表示空间维度，n为正整数，V表示一阶智能体和二阶智能体的集合，V
s
＝{M+1,...,N}，N表示智能体的总数，M表示一阶智能体的总数，x
i
(k)、x
j
(k)分别表示k时刻第i个智能体的位置信息和第j个智能体的位置信息，v
i
(k)表示k时刻第i个二阶智能体的速度信息。
[0028]进一步地，分布式控制协议中合适的控制增益k1和k2需要满足以下条件：
[0029][0030]其中，κ＝M+k2(N
‑
M)，N表示智能体的总数，M表示一阶智能体的总数，H
f
＝L
f
+D
fs
，L
f
＝D
ff
‑
A
ff
，，表示一阶智能体的度，F
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＝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：包括：S1：对离散时间异构多智能体系统设置带有乘性噪声的分布式控制协议；S2：根据邻居的信息获取分布式控制协议中智能体的控制输入，得到一阶智能体和二阶智能体的动力学方程，将动力学方程转换为误差方程的稳定性问题，即将异构多智能体系统的一致性问题转换为离散随机系统的稳定性问题；S3：构建稳定性问题的一致性可行性条件；S4：根据稳定性的可行性条件，选择合适的控制增益，实现了离散时间异构多智能体系统在乘性噪声环境下的一致性控制。2.如权利要求1所述的一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：所述离散时间异构多智能体系统由M个一阶智能体和N
‑
M个二阶智能体组成。3.如权利要求2所述的一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：第i个一阶智能体的动力学方程表示为：x
i
(k+1)＝x
i
(k)+u
i
(k),i∈V
f
(1.1)其中，V
f
＝{1,2,...,M}，k表示第k时刻，k+1表示第k+1时刻，表示一阶智能体在k时刻的位置信息，表示一阶智能体在k时刻的控制输入。4.如权利要求2所述的一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：第i个二阶智能体的动力学方程表示为：其中，V
s
＝{M+1,...,N}，M、N均为大于等于1的正整数，k表示第k时刻，k+1表示第k+1时刻，表示二阶智能体在k时刻的位置信息，表示二阶智能体在k时刻的控制输入表示二阶智能体在k时刻的速度信息。5.如权利要求1所述的一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：第i个智能体从邻居第j个智能体获取的信息受到量测噪声的影响表示为：φ
ji
(k)＝x
j
(k)+f
ji
(x
j
(k)
‑
x
i
(k))ξ
ji
(k),j∈N
i
(1.3)其中，x
j
(k)表示第j个智能体在k时刻的位置信息，x
i
(k)表示第i个智能体在k时刻的位置信息，表示量测噪声，表示噪声强度函数，N
i
表示第i个智能体的邻居。6.如权利要求1所述的一种离散时间异构多智能体系统的一致性控制方法，其特征在于：所述分布式控制协议为：其中，k1和k2是控制增益，若第i个智...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗小峰，刘德华，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：