[发明专利]异构多智能体系统的完全分布式抗饱和跟踪控制方法

说明书

异构多智能体系统的完全分布式抗饱和跟踪控制方法，涉及多智能体系统分布式协调控制。1)基于图论定义多智能体系统的通信拓扑图，给出通信拓扑图的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵，描述系统的随机切换通信拓扑；2)给出多智能体系统通信拓扑图的假设；3)建立跟随者和领导者的动力学模型,建立异构多智能体系统跟踪控制的目标函数,给出智能体的动力学需满足的假设；4)设计异构多智能体系统的完全分布式自适应抗饱和跟踪控制协议，给出跟踪控制协议所需满足的线性矩阵不等式条件，提出完全分布式自适应抗饱和跟踪控制方法，构造李雅普诺夫函数，证明控制方法有效性。仅使用局部信息更新耦合增益，有效减少计算量、提高系统安全性和保护隐私。

技术领域

本发明属于多智能体系统分布式协调控制领域，特别是涉及一种异构多智能体系统的完全分布式抗饱和跟踪控制方法。

背景技术

分布式控制算法由于其在电力网络、计算机网络、多处理器网络、飞行器的协同控制以及移动机器人中的广泛应用而备受关注。设计分布式控制算法的目的是仅使用网络中每个节点的局部信息来实现控制目标，避免使用网络拓扑图的拉普拉斯矩阵等全局信息，从而有效减少计算量、提高系统安全性和保护隐私。

多智能体系统的分布式跟踪控制问题是指通过对每个跟随者智能体设计分布式控制策略，使得跟随者之间仅通过局部信息交互，实现跟随者的状态与领导者的状态趋于一致。现有的研究多智能体系统跟踪控制问题的成果中，大多假设所有跟随者智能体之间的通信图是无向或不变的。文献1(Y.Cheng,V.Ugrinovskii.Event-triggered Leader-following Tracking Control for Multivariable Multi-agent Systems[J].Automatica,2016,70:204-210.)提出一种基于事件触发的多智能体系统跟踪控制方法。文献2(G.Wen,C.L.P.Chen,Y.Liu and Z.Liu.Neural Network-Based Adaptive Leader-Following Consensus Control for a Class of Nonlinear Multiagent State-DelaySystems[J].IEEE Transactions on Cybernetics,2017,47(8):2151-2160)提出一种基于神经网络的非线性多智能体系统自适应跟踪控制方法。

由于诸如丢包等因素，相邻智能体之间的通信可能会暂时中断，并因此改变智能体间的通信拓扑。因此，研究随机切换拓扑下多智能体系统的跟踪控制问题更有意义。同时，为减少计算工作量和保护隐私，必须设计完全分布式的跟踪控制算法。基于以上事实，本发明提出一种完全分布式的抗饱和跟踪控制协议，以解决随机切换通信拓扑下具有一般线性动力学的异构多智能体系统的跟踪控制问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中存在的上述难点问题，提供可有效减少计算量、提高系统安全性和保护隐私，克服随机切换通信拓扑对多智能体系统影响的一种异构多智能体系统的完全分布式抗饱和跟踪控制方法。

本发明设计一种马尔科夫随机切换通信拓扑下异构多智能体系统的完全分布式自适应抗饱和跟踪控制方法，令多智能体系统在随机切换拓扑下，每个跟随者仅使用其邻居之间的局部信息自动更新其耦合增益，而无需使用任何全局信息，并最终在均方意义下跟踪领导者的状态。

本发明包括以下步骤：

1)基于图论定义多智能体系统的通信拓扑图，给出通信拓扑图的邻接矩阵和拉普拉斯矩阵，基于连续时间马尔科夫随机过程描述系统的随机切换通信拓扑；