非完整多智能體系統(tǒng)的蜂擁控制問題研究.pdf

1、蜂擁現(xiàn)象廣泛存在于生物群落中，系統(tǒng)、深入地研究蜂擁控制問題，不僅有助于揭示生物群落蜂擁行為的內(nèi)在機理，還能夠為多機器人編隊、無人機組網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等人造工業(yè)系統(tǒng)的協(xié)同運作提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)。因此，對其研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。基于此，本文針對二維、三維非完整多智能體系統(tǒng)，基于對其強非線性特性的分析，通過設(shè)計相應(yīng)的控制協(xié)議，利用圖論、穩(wěn)定性理論以及多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制相關(guān)理論，論證并實現(xiàn)了不同類型非完整多智能體系統(tǒng)的蜂

2、擁控制、姿態(tài)同步型蜂擁控制以及多蜂擁控制。主要內(nèi)容包括：
　　針對虛擬領(lǐng)導(dǎo)者動力學(xué)模型未知、只有部分智能體能夠感知到其狀態(tài)的情形，研究了二維非完整多智能體系統(tǒng)的分布式蜂擁控制問題。基于鄰居智能體的相對速度和相對頭角信息，分別針對固定拓撲和切換拓撲設(shè)計了相應(yīng)的分布式非連續(xù)控制協(xié)議；基于理論分析可知，在未使用基于位置信息的勢能函數(shù)僅基于相對速度和頭角信息，分別實現(xiàn)了固定拓撲和切換拓撲下智能體間狀態(tài)的指數(shù)同步，同時確保了智能體間的避撞性

3、以及整個智能群體的聚合性。
　　針對固定線速度下的三維非完整系統(tǒng)模型，基于鄰接圖理論，研究了三維非完整多智能體系統(tǒng)的分布式蜂擁控制問題。分析了線速度為常數(shù)的三維非完整系統(tǒng)模型的非線性特性，論證了對應(yīng)的非線性函數(shù)滿足利普希茨特性，并得到了相應(yīng)的利普希茨常數(shù)；設(shè)計了僅使用相對姿態(tài)信息的線性控制協(xié)議，實現(xiàn)了三維非完整多智能體系統(tǒng)的指數(shù)蜂擁控制；并在未使用智能體的位置信息下確保了智能體間的避撞與通訊拓撲的連通性，節(jié)省了通訊能量；在討論智能

4、體間的避撞時，充分考慮到每個智能體的體積因素，設(shè)定了一個可調(diào)節(jié)的最小相對距離值；此外，通過數(shù)值仿真說明了所設(shè)計控制協(xié)議在呈現(xiàn)小通訊時滯下仍然能實現(xiàn)三維非完整多智能體系統(tǒng)的快速蜂擁控制。
　　針對線速度為時變的情形，即一般三維非完整系統(tǒng)模型，研究了一般三維非完整多智能體系統(tǒng)的姿態(tài)同步型蜂擁控制問題。分析、論證了線速度為時變的三維非完整系統(tǒng)模型其非線性函數(shù)并不滿足利普希茨特性；在未使用智能體的位置信息下，僅使用相對速度和姿態(tài)信息設(shè)計了

5、相應(yīng)的線性控制協(xié)議，分析得到了在該控制協(xié)議下運動學(xué)模型中的非線性項滿足利普希茨特性；討論智能體間的避撞時，充分考慮到每個智能體的體積因素，設(shè)定了一個可調(diào)節(jié)的最小相對距離值；獲得了指數(shù)收斂的姿態(tài)同步型蜂擁控制的充分條件，同時維持通訊拓撲的連通性。
　　針對實際應(yīng)用中多目標、多任務(wù)等相關(guān)作業(yè)需求，研究了二維非完整多智能體系統(tǒng)的多蜂擁控制問題?？紤]到實際系統(tǒng)的質(zhì)心與驅(qū)動點往往是不重合的，因此所研究的多智能體的系統(tǒng)模型是一般的二維非完整系