[发明专利]多智能体系统的通信配置与控制策略的协同设计方法

说明书

本发明涉及多智能体系统技术领域，本发明公开了一种多智能体系统的通信配置与控制策略的协同设计方法，包括以下步骤：S1：图结构及通信拓扑网络的设计；S2：通信配置的设计；S3：控制策略的设计；本发明考虑了多智能体系统在一致性过程中智能体自身的通信范围的影响；设计的通信配置策略具备普适性，可以适配多种不同的控制策略，控制设计具有很大的自由度；以本专利给出的多智能体系统的通信配置与控制方法的协同设计整体方案来进行设计的多智能体系统，在完成一致性任务过程中可以显著减少系统的通信能量的消耗。

技术领域

本发明涉及多智能体系统技术领域，特别涉及一种多智能体系统的通信配置与控制策略的协同设计方法。

背景技术

近些年来，随着计算机网络、自动化控制技术，人工智能等领域的交叉蓬勃发展，多智能体系统作为分布式控制系统的核心部分日益受到了众多学者的关注，成为一个热门研究领域。

多智能体系统是由实际系统抽象而来的一类系统，如物联网系统、多机器人系统、多无人机系统等都可以抽象成多智能体系统来进行研究。这类系统包含多个智能体，其中，智能体是指可以完成自主行为的个体，通常每个智能体包含独立的传感器，通信元件，以及处理器，在多智能体系统中，每个智能体通过既定的通信拓扑网络来进行通信，对信息进行控制处理，智能体由此相互协作，来去共同完成系统的任务目标。

在对多智能体系统的研究当中，一致性问题作为多智能体系统的核心问题受到广泛关注，对多智能体系统的一致性问题进行研究具有重要的意义。一致性问题指的是一类任务目标，目标是使得多智能体系统中的每个智能体，由不同的初始状态，经由合适的控制方法，最终达到一致的状态。

在对多智能体一致性问题的研究中，大部分工作中的控制设计都是默认不考虑智能体自身的实际通信能力，不考虑智能体自身的实际通信范围来进行的，都是默认通信能力足够，智能体的通信范围足够大，系统网络拓扑结构始终都能够保持来进行的。但是，考虑到智能体的通信范围会影响着通信的拓扑结构，并且也考虑到通信范围对智能体自身的通信能量消耗产生的影响，因此，对于多智能体系统的一致性问题，本专利对多智能体的通信配置进行了设计，并且给出了多智能体系统的通信配置与控制方法的协同设计整体方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供多智能体系统的通信配置与控制策略的协同设计方法。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种多智能体系统的通信配置与控制策略的协同设计方法，包括以下步骤：

S1：图结构及通信拓扑网络的设计

定义包含n个智能体的多智能体系统，多智能体的的动态方程可以表示为：

p_i[k+1]＝p_i[k]+Tu_i[k],i＝1,...,N

其中，q_i[k]代表的是第i个智能体在k时刻的位置信息，p_i[k]代表的是第i个智能体在k时刻的速度信息，T代表的是采样时间，u_i[k]代表的是第i个智能体在k时刻的控制的输入量；

多智能体系统的网络结构可以以有向图G＝{V,E,A}来表示，其中V＝{1,2,...,n}代表的是智能体的集合，代表的是边的集合，A＝[a_ij]代表的是邻接矩阵的集合，如果有(j,i)∈E，表示智能体i可以获得智能体j的信息，a_ij＝1，否则的话a_ij＝0；智能体i邻居的集合可以表示为N_i＝{j∈V:(j,i)∈E}，且|N_i|表示智能体i邻居的数量，通信矩阵定义为K(G)＝[k_ij]，且如果智能体j是i的邻居或j＝i时，有否则的话，k_ij＝0；