式有限时间自适应同步控制问题描述分散式有限时间自适应同步控制器设计及系统稳定性分析数值仿真本章小结总结与展望总结展望致谢参考文献后记附录攻读硕士学位期间发表的部分学术论著万方数据三峡大学硕士学位论文引言近几十年来，由于多智能体系统在航空航天控制无人机协调控制机器人编队控制群集运动蜂拥控制水下机器人控制水下无人潜艇控制跟踪问题传感器网络以及通信网络拥塞控制等诸多方面有着极其广泛的应用，多智能体系统的同步控制问题引起了科研人员的广泛关注智能体系统具有适应性稳健性自治性等特性，当其在执行那些情况不明的任务时具有很大的优势，而多智能体系统或多机器人系统执行任务时比单个智能体具有更大的优势多智能体系统中每个智能体可以通过相互协作，完成超出它们各自能力范围的任务，使得多智能体系统整体执行任务能力远超单个智能体执行任务能力之和多智能体系统各个智能体之间的交互是通过物理位置的感知和相互通信来实现的多智能体系统个体之间的交互构成了个复杂动态网络通过同步控制协议，使得多智能体系统中的所有智能体都能达到同决策值，这就是我们通常所说的同步或致性问题在很多时候，研究人员在进行理论研究时，通常假设多智能体系统在没有扰动噪音和时滞等的理想工作环境下工作，然而在实际工程应用中，多智能体系统在工作时往往会受到外部环境扰动噪音通信时滞以及传感器的测量误差等等不利因素的影响，并且外部环境的扰动常常具有不可测量性和未知性，加之多智能体系统内部的复杂性，致使系统同时受到外部环境的干扰和自身未知非线性动态的影响，为了解决上述问题，自适应控制方法应运而生自适应控制方法能使多智能体系统在系统信息不完备和外部干扰的情况下，通过自身特性的改变，很好的适应并克服上述提到的各种问题，使得系统始终保持良好的工作性能纵观国内外当前的研究成果可以看出，多智能体系统的分散式自适应同步控制问题的研究已成为当前个重要的研究课题虽然受到科研人员的广泛关注，并且获得了很多的优秀科研成果，但是仍然存在着许多值得进步研究的问题我们可以注意到，大多数多智能体系统自适应同步控制问题的研究结果是基于个无限时间的渐近过程，而在实际的物理或工程系统中，多智能体系统构成的复杂动态网络通常只要有限的时间就可以达到同步状态，即有限时间同步因此在研究多智能体系统渐近自适应同步控制问题的基础上，进步研究多智能体系统的有限时间自适应同步控制问题显得非常重要万方数据三峡大学硕士学位论文绪论多智能体系统概述智能体是指在复杂的动态环境中试图实现定目标的计算机系统它能通过传感器感知其周边的环境，并通过执行器作用于周边环境智能体的概念涵盖了许多不同的计算实体，这些实体具备感知周边环境并作用于周边环境的能力基于智能体的方法具有适应性自治性稳健性等特点，而且容易实现，在完成那些情况不明确的任务时具有很大的优势，因此此种方法有很大实际应用前景智能体可以是物理实体，例如无人机无人探测潜艇自治机器人系统等等也可以是计算代码，例如优化智能体等等多智能体系统或多机器人系统的使用比单个智能体具有更大的优势多智能体系统中各个智能体通过相互协作，能够完成超出它们各自能力范围的任务，使得多智能体系统整体能力远超单个智能体能力之和多智能体系统中各个智能体之间的交互是通过它们之间的通信和物理位置的感知来实现的，多智能体之间的交互构成了个多智能体复杂动态网络多智能体系统同步控制问题的研究现状控制理论的发展可以追溯到上个世纪初，莱特兄弟在年完成了他们的首次飞行自此之后，控制理论得到了人们的广泛关注特别是在二战期间，控制理论得到不断的发展，并且被运用到火控系统，导弹制导以及各种电子设备中在过去的几十年中，随着航天技术和大型系统的迅猛发展，现代控制理论逐渐发展起来随着控制理论的不断发展，基于单个系统的控制理论逐渐成熟，很多的控制方法也逐渐发展起来，例如控制，自适应控制，智能控制，鲁棒控制等等在过去的几十年，多交互系统在取代由几个简单的系统构成的复杂系统时，给人们带来了更多的便利，因此多交互系统的控制问题越来越受到人们的关注有两种方法在解决多交互系统的控制问题中常被用到，它们是集中式控制和分散式控制集中式控制方法要求系统中有个集中式控制站来控制整个多交互系统其本质上是对单个系统控制方法的直接扩展而分散式控制方法不要求多交互系统中有集中控制站的存在，这种方法远比集中式控制方法复杂然而，当多交互式系统遇到通信和探测范围以及低宽带限制，或者系统中存在大量的个体子系统时，使用分散式控制方法比集中式控制方法更加的理想最近几十年，万方数据三峡大学硕士学位论文注意对任意，，，函数是连续可微的当时间，时，沿着系统的轨迹对上述函数两边关于时间求导有因此，我们有考虑无限函数序列运用柯西收敛准则可知，对任意，存在个整数使得下式成立，，其等价于由式可得，这意味着对任意，由式可知和均是致有界的并且依据式及和均是致有界这些假设，可知也是致有界的，因此是致连续的对运用引理可得，对任意初始条件，下式均成立这意味着对，有均成立接下来我们运用矛盾法来证明，对任意初始条件，有假设对任意，存在使得下式成立，定义如下的函数，其中由和式可知万方数据三峡大学硕士学位论文因此，对，存在使得对任意的，，，对函数，关于时间求导，我们有因为，，，，，均有界且集合中的元素有限，所以存在个正数使得由式可知，对于，存在，使得，设，，可以变为假定假设式成立，那么对任意的，有成立，于是有，由式中所定义的条件可得，万方数据三峡大学硕士学位论文由，和得，，其中由连续函数的保号性定理可知，存在个时间区间，，，，使得下式成立，，对函数从到求定积分，同时选取，有，这与式矛盾因此假设式不成立，于是有综上可知，平衡点，是个全局致渐近稳定平衡点，即对，有对ˆ，ˆ，有ˆ和ˆ成立数值仿真本节我们将给出个仿真实例，用来验证上节中提出的分散式自适应同步控制算法的有效性以及得出的理论结果的正确性考虑个由个智能体和个智能体组成的多智能体系统智能体未知非线性速度动态线性参数化表示如下，，选取，第个智能体的未知非线性动态线性参数化表示如下，，选取，作为真参数的估计值系统的所有初始状态均在闭区间，上随机的选取图切换拓扑图万方数据三峡大学硕士学位论文图系统到达分散式自适应同步图系统参数自适应渐近收敛到图描述了个有限互连的图集合其用来表示多智能体系统可能存在的不同的切换网络拓扑图，它们按照的顺序每三个仿真时序切换次选取参数，，，在分散式自适应同步控制算法和的作用下，对系统进行仿真仿真图显示了系统的相对位置误差向量的个分量随时间的变化情况仿真图显示随着时间的推移，参数估测误差ˆ和ˆ，，渐近收敛到以上仿真结果表明在分散式反馈律和分散式参数自适应律的作用下，系统可以到达系统状态同步，并且参数估测误差渐近收敛到零本章小结本章研究了具有未知非线性动态的多智能体系统分散式自适应同步控制问题运用线性参数化方法对系统中存在的未知非线性动态进行了处理运用代数图论知识对多智能体系统的通信网络拓扑进行了描述对具有无向切换通信网络拓扑的阶多智能体系统，提出了分散式自适应同步控制算法运用理论和引理对系统的稳定性进行了分析理论结果表明，在所提出的分散式自适应同步控制算法的作用下，系统中所以智能体的位置状态可以实现渐近同步，并且参数估测误差渐近收敛到零理论研究表明，多智能体系统通信网络拓扑图的连通性是保证系统渐近稳定的个关键条件同时条件保证了系统参数估测误差渐近收敛最后，仿真实验验证了理论结果的正确性万方数据三峡大学硕士学位论文多智能体系统的分散式有限时间自适应同步控制引言我们在上章研究了具有无向切换网络拓扑的多智能体系统的分散式自适应同步控制问题注意到上章的研究结果其实是在个无限时间的渐近过程的基础上得到的，而在实际的物理或工程系统中，多智能体系统构成的复杂动态网络通常只要有限的时间就可以达到同步状态，即有限时间同步由于多智能体系统的有限时间自适应同步控制理论在工农业生产军事航空航天经济等领域具有广泛的应用前景，对多智能体系统有限时间自适应同步控制问题进行研究显得非常重要多智能体系统的有限时间自适应同步控制问题的实质是设计适当的有限时间自适应同步控制协议，使得系统中的所有智能体的状态能够在有限的时间内达到同步尽管在很多情况下渐近同步理论足以满足生产实践需求，但是在很多实践工程应用中，使得系统中所有智能体的状态在有限的时间内达到同步将会更加理想，特别是要求系统具有高执行精度和严格的收敛同步时间时，有限时间同步控制理论显得尤为重要与传统的渐近同步理论相比，有限时间同步理论具有更多的优势，比如说响应快，精度高，对系统内外的不确定性具有更好的抗干扰能力和鲁棒性鉴于其广泛的实际应用前景和深远的理论研究价值，对多智能体系统有限时间自适应同步控制问题做进步的研究显得非常重要本章将在上章的研究基础上进步研究具有有向固定和切换网络拓扑且满足条件的多智能体系统的分散式有限时间自适应同步控制问题我们仍用上章中用到的线性参数化方法对系统中存在的未知非线性动态进行处理在些假设条件成立的前提下，为了使本章所研究的多智能体系统达到有限时间同步和参数估测误差收敛，本章提出了新的分散式有限时间自适应同步控制规则，这些规则仅依赖于每个智能体及其邻接智能体的局部位置状态信息基于代数图论，理论不等式和引理等理论，对系统进行了稳定性分析，分析结果表明本章所研究的多智能体系统在有限的时间内可以实现系统