几类通信受限的多智能体系统脉冲一致性

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多智能体系统作为典型的复杂系统,由于其卓越的应用前景,已经迅速成为近来研究的热门领域。目前多智能体系统一致性问题作为一个基本问题已经获得了广泛的关注,其本质上可以归纳为一个网络控制问题。在控制的过程中,采用不同控制手段而需要相应代价的问题,自然而然成为了工程应用中一个不可避免的问题。另外基于现实世界的复杂性,多智能体系统的通信环境往往是不理想的,致使对系统的控制难度有增无减。结合以上问题,本文主要基于脉冲控制协议,对几类通信受限情况下的离散非线性多智能体系统脉冲一致性问题展开研究,其主要内容可归纳如下:首先,探讨研究的背景意义,介绍和综述了多智能体系统一致性问题和脉冲控制手段在复杂网络与多智能体系统上的应用和发展。结合国内外近年来的研究,探究了在几种受限通信情况下,对多智能体系统一致性问题所提出的解决方法,着重针对通信时刻依赖于系统状态,通信状态受有限信道带宽约束,以及采用基于异步事件触发机制通信的问题。同时,引入一些基础的预备知识,包括图论基础知识、克罗内克积、离散非线性多智能体系统的一致性问题建模和离散脉冲系统的描述等。第二,研究了一类通信时间受限情况下的多智能体系统一致性问题,该类问题主要针对脉冲通信时刻受制于系统内部或外界因素的情况。该情况可以描述为当系统的状态与同依赖于状态变化的脉冲面发生碰撞时,系统间才允许通信。本文在合理的假设前提下,对脉冲面函数进行了约束。基于该约束条件,构造了一个适当的映射,将状态相关脉冲多智能体系统的一致性问题转化为固定时间脉冲多智能体系统的一致性问题,这个映射能够将新系统作为原系统的比较系统,从而能够利用新系统的指数一致性来保证原系统的指数一致性。第三,研究了一类通信状态受限情况下的多智能体系统一致性问题,该类问题主要针对脉冲通信中,邻居多智能体系统传输过来的状态数据由于系统或外界的限制而产生不完全通信的现象。同时,为了进一步降低通信过程中对数据加载的资源利用,考虑将真实数据进行量化,以期仅利用有限数字通信带宽便能将信息成功传送,且不影响系统一致性。本文采用了有限量化等级的量化器,并针对每一对智能体,都设计了不同的编码器与本地解码器。同时在保证系统一致性的前提下,针对最大量化等级随时间变化和预设最大量化等级固定的两种情况,分别分析了系统参数和量化与编码-解码方法设计的关系。最后,对系统的收敛速度进行了更深入的分析。第四,研究了当通信负载有限时多智能体系统的一致性问题。该问题主要考虑到采用脉冲通信的多智能体系统,会出现通信时系统高负载,非通信时系统零负载的资源调配的不平衡现象。调节这种不平衡,就会使得系统所需求的最大负载降低,从而更能应对一些通信负载有限的情况。本文采用了一种在非脉冲阶段异步采样系统状态,而在脉冲时刻直接用于智能体信息交换的控制策略来解决其脉冲一致性问题。针对带有领导者和无领导者的两种多智能体系统,分别提出了不同的基于事件的异步采样策略,并对有领导者的情况,分别研究了领导者是否对自身进行采样的情况。最后,针对以上几类通信受限下的多智能体系统脉冲一致性问题的研究结果所呈现的优点和缺点,进行了更深入的讨论,同时对未来的工作进行了合理的展望和规划。
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