含时延约束的多智能体系统二分一致性

针对多智能体系统中信息交互存在通信时延这一约束,在无向符号图拓扑结构下分别研究了含固定时延和时变时延的一阶多智能体系统二分一致性问题。通过设计相应的控制协议,使得该系统收敛到两个模值相同但符号不同的状态。在稳定性分析中,利用广义Nyquist准则的方法,得到含固定时延多智能体系统实现二分一致性的充分条件;对含时变时延系统构造包含三重积分项的Lyapunov函数,利用积分不等式和线性矩阵不等式理论,并结合自由矩阵的方法得到含时变时延多智能体系统实现二分一致性的充分条件。最后,数值仿真验证了所得结论的有效性和正确性。     

一类多时延异质多智能体系统的一致性

针对一类具有多变时延的一阶与二阶异构多智能体系统,研究了一致性问题。首先在异质系统中设计了一致性控制算法,通过将一阶、二阶系统重排和模型变换,使原系统分解成多个简单子系统;其次,利用李雅普洛夫稳定理论,分别在固定有向拓扑结构和切换有向拓扑结构下,以线性矩阵不等式的形式给出了系统达到平均一致的充分条件;再次,通过求解一组可行的线性矩阵不等式,得到了多时延的一个容许上界;然后讨论了时延导数和控制增益对时延容许上界的影响,得出了时延上界与时延导数和控制增益分别成正相关及反相关,时延导数未知时的时延上界相对较小的结论;最后的仿真结果表明了理论结果的有效性。     

基于观测器的线性时变时滞多智能体系统一致性

针对系统状态不可测和具有通信时延的线性多智能体系统,提出一种基于观测器的一致性控制算法.设计观测器用于解决智能体状态不可测的问题,在观测器的基础上,提出一种控制协议来实现带时变时延的线性多智能体系统一致性.利用模型转换的方式将原系统转换为新的模型系统,在此基础上,构造Lyapunov-Krasovskii函数并分析系统稳定性,通过求解线性矩阵不等式获取控制器系数矩阵.最后通过Matlab数值仿真验证所提出方法的有效性.     

具有时延和切换拓扑的高阶离散时间多智能体系统鲁棒保性能一致性

研究存在参数不确定性的高阶离散时间多智能体系统在时延和联合连通切换通信拓扑条件下的鲁棒保性能一致性问题,给出一种线性一致性协议的设计方法.1）引入高阶离散时间不确定多智能体系统的鲁棒保性能一致性问题,定义基于智能体邻居状态误差和控制输入的保性能函数;2）通过构造合适的Lyapunov函数并利用离散时间系统稳定性理论,推导出一个使高阶离散时间不确定多智能体系统在该条件下获得保性能一致性的线性矩阵不等式（Linear matrix inequality,LMI）充分条件,并给出相应的保性能上界;3）以一致性序列的形式给出参数不确定条件下的高阶离散时间多智能体系统的一致性收敛结果;4）数值仿真验证了本文理论的正确性和有效性.     

具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制

研究了具有随机通信时延的二阶多智能体系统的一致性控制问题.分别讨论了具有固定拓扑结构和变化拓扑结构两种情形下二阶多智能体系统在具有随机通信时延情况下的一致性问题.通过构造Lyapunov函数的方法得到多智能体系统的时延依赖稳定判据,并以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了系统稳定的条件.最后,仿真和实验结果验证了研究所得结论的正确性和有效性.     

具有通信时延和输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题

研究了同时具有时变通信时延和定常输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题.假设多自主体系统的连接拓扑中各节点的输出度相等,采用变量代换将原多自主体系统的一致性问题转化为降阶系统的渐近稳定性问题.根据李亚普诺夫渐近稳定性定理以及线性矩阵不等式法,在通信时延导数信息已知和未知的情况下,分别得到了多自主体系统在静态和连通拓扑结构下渐近一致的充分条件,且该条件与通信时延和输入时延都相关.仿真结果验证了结论的有效性.     

异质多智能体系统滞后一致性跟踪控制

针对一阶、二阶混合异质多智能体系统的滞后一致性问题,提出了一种基于牵制控制的分布式滞后一致性控制协议。首先,将滞后一致性分析转化为稳定性证明;然后,利用图论和Lyapunov稳定性理论分析闭环系统稳定性;最后,分别在固定拓扑和切换拓扑结构下给出了基于线性矩阵不等式（LMI）形式的滞后一致性可解的充分条件,从而实现异质多智能体的领导-跟随者滞后一致性。数值仿真结果表明,所提出的滞后一致性控制方法可以使异质多智能体系统实现领导-跟随者滞后一致性。     

具有随机时延的的多智能体系统的一致性

本文研究了具有随机时不变通信时延的多智能体系统的一致性问题。假设系统拓扑是固定有向的强连通图,考虑多智能体系统中存在随机通信时延的情况,即各智能体之间的通信时延是以一定概率存在的,采用具有动态参考状态的一致性控制算法,通过变量代换,将多智能体的一致性问题转化为误差系统的渐进稳定性问题,然后再应用Lyapunov稳定性理论与随机分析方法推导出误差系统在该算法作用下趋于稳定的充分条件,并以线性矩阵不等式（LMIs）表示,即原多智能体系统在此充分条件下各智能体的状态能够达到一致。最后应用一个实例验证了所提出结论的有效性。     

离散异质多智能体系统的分组一致性控制

针对一类混合异质多智能体系统的分组一致性控制问题进行了研究。具体分析了由一阶智能体和二阶智能体组成的混合异质系统,研究其在离散情况下的分组一致性。基于两个合理的假设提出了线性控制协议,运用代数图论、稳定性理论和矩阵理论,分析协议作用下闭环系统的系统矩阵及动态特性,取得了系统渐近实现分组一致性的充分条件,该条件与系统拓扑结构、采样周期以及控制参数有关。结论同时适用于有向拓扑与无向拓扑,最后通过仿真实例对所得分析结果进行了验证。     

自适应事件触发的马尔科夫跳变多智能体系统一致性

针对非线性马尔科夫跳变多智能体系统在有向固定拓扑下的领导跟随一致性问题,为减少智能体间不必要的通信传输,节约网络资源,保证系统性能,提出一种自适应事件触发控制策略.首先,将每一个智能体均视为马尔科夫跳变系统,且马尔科夫链的转移概率部分未知;通过简单的模型转换建立误差系统,将多智能体系统一致性问题转化为误差系统的稳定性问题;在此基础上,构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函并利用Jensen不等式和线性矩阵不等式等技术给出使多智能体系统达到领导跟随一致性的充分条件及控制器设计方法;通过求解线性矩阵不等式可以得到多智能体系统一致性控制器增益矩阵和事件触发参数矩阵;最后,通过数值仿真验证所提出方法的有效性.     

Consensus problem of heterogeneous multi-agent systems with time delay under fixed and switching topologies

Consensus problem is investigated for heterogeneous multi-agent systems composed of first-order agents and second-order agents in this paper. Leader-following consensus protocol is adopted to solve consensus problem of heterogeneous multi-agent systems with time-varying communication and input delays. By constructing Lyapunov-Krasovkii functional, sufficient consensus conditions in linear matrix inequality(LMI) form are obtained for the system under fixed interconnection topology. Moreover, consensus conditions are also obtained for the heterogeneous systems under switching topologies with time delays. Simulation examples are given to illustrate effectiveness of the results.     

Consensus of second-order multi-agent systems with nonsymmetric interconnection and heterogeneous delays

In this paper, a consensus algorithm of multi-agent second-order dynamical systems with nonsymmetric interconnection and heterogeneous delays is studied. With the hypothesis of directed weighted topology graph with a globally reachable node, decentralized consensus condition is obtained by applying generalized Nyquist criterion. For the systems with both communication and input delays, it is shown that the consensus condition is dependent on input delays but independent of communication delays.     

含通信延时及输入延时的线性多智能体的一致性

针对通信延时及输入延时并存的情况下,研究具有一般线性动态特性的高阶多智能体在固定且无向的网络拓扑下的一致性.通过将多智能体的特征方程分解为一系列低阶的因子,一致性问题转换为一系列低阶因子的稳定性分析问题,降低了问题的分析复杂度.进一步地,分析无延时情况下多智能体达到一致性的控制增益的取值范围,即增益的稳定区间.当从稳定区间选取一个固定的控制增益时,应用频率扫描高级聚类法分析多个因子在两延时参数空间中的稳定性,并由此获得多智能体延时无关及延时相关的一致性结论.一个说明性的例子验证了分析结论.     

Consensus Analysis for High-order Heterogeneous Networks with Communication Delays and Dynamically Changing Digraphs

This paper studies consensus problems of high-order heterogeneous continuous-time networks with bounded communication delays and dynamically changing digraphs. The heterogeneous continuous-time networks consist of different order agents from first-order to lth-order agents, where different order networks correspond to different linear consensus protocols. In order to use the properties of Metzler matrix with zero row sums, we make model transformations of system matrix. Giving some restrictive conditions, we obtain the sufficient condition for consensus problems of heterogeneous networks with varying bounded communication delays. Although each communication graph may have no spanning trees, all agents of high-order heterogeneous networks can reach stationary consensus with varying bounded communication delays and dynamically changing digraphs. Finally, we give an example to validate the correctness of our obtained results.     

异构变时延多智能体系统编队控制分析

实际工程应用中,异构多智能体的编队控制问题研究具有十分重要的意义。考虑现实环境影响,编队系统个体之间的通信变时延难以忽略。系统收敛速率是评价系统性能的重要依据,然而现有编队控制问题研究很少能给出相应的量化指标。针对上述情形,对包含一、二阶智能体的异构变时延系统的编队控制问题进行分析研究。首先,考虑固定有向通信拓扑情况,对领航跟随者模式下异构变时延多智能体系统提出线性一致性控制协议。然后,构建误差系统模型,利用图论与矩阵论分析方法,并结合Routh-Hurwitz定理与牛顿-莱布尼兹公式,获得系统实现编队控制的充要条件,同时得到估算系统收敛速率的不等式关系。最后,仿真算例中随机给定一种系统节点0全局可达的通信拓扑,并对不同时延情况的编队控制效果进行分析,验证一致性控制协议的正确性和有效性。     

High-order consensus of heterogeneous multi-agent systems with unknown communication delays

This paper studies the high-order consensus problem for heterogeneous multi-agent systems with unknown communication delays. A necessary and sufficient condition is given for the existence of a high-order consensus solution to heterogeneous multi-agent systems. The condition shows that, for systems with diverse communication delays, high-order consensus does not require the self-delay of each agent to be equal to the corresponding communication delay. When the communication delays are unknown, a simple adaptive adjustment algorithm is presented for on-line adjusting self-delays.     

输入与速度饱和的异构多智能体系统的一致性

针对由一阶与二阶智能体构成的异构多智能体系统具有输入和速度饱和特性,系统无法达到一致性的问题,构建了无领航者和有领航者的异构多智能体分布式控制器,并给出了系统达到一致性的充分条件。通过Lyapunov稳定性理论和Lasalle不变集原理推导出了系统稳定性的充分条件,并以此计算出了通信增益的取值范围。对具有输入和速度饱和特性的无领航者异构多智能体系统进行数值仿真,结果显示,当选取的通信增益不在合适的范围内时,无领航者的异构多智能体系统无法实现一致性;而通过提出的增益选取方法选取通信增益时,异构多智能体系统可以克服输入和速度的饱和特性,进而实现异构多智能体系统的半全局一致性。对具有输入和速度饱和特性的领航跟随异构多智能体系统进行数值仿真的结果则证明了通信增益的计算方法也适用于异构多智能体系统的半全局领航跟随一致性控制。     

Consensus of Multi-Agent Systems With Diverse Input and Communication Delays

The consensus problem for multi-agent systems with input and communication delays is studied based on the frequency-domain analysis. Two decentralized consensus conditions are obtained, one of which is given for the systems based on undirected graphs with diverse input delays and the other is for the systems based on directed graphs with diverse communication delays and input delays. For the systems with both communication delays and input delays, the consensus condition is dependent on input delays but independent of communication delays.     

具有时滞的混合阶多智能体系统的组一致性

针对由离散时间一阶和二阶智能体组成的混合阶多智能体系统,研究其在固定和切换拓扑结构下受通信时滞影响时的组一致性问题。分别为两类智能体提出组一致性协议,引入模型变换,将闭环系统转化为等价系统。在一定假设条件下,以代数图论、矩阵理论为主要研究工具,分别在固定和切换拓扑结构下给出了混合阶多智能体系统实现渐近组一致性的条件。采用数值仿真对所得结果的有效性进行了验证。