复杂多智能体系统输入饱和有限时间一致性控制

Compared with traditional asymptotic convergence consensus controllers, finite-time consensus controllers for multi-agent systems may provide faster local convergence speed, higher control accuracy and stronger robustness. Most of the existing finite-time consensus control results haven’t took into account the complex agent dynamics, the existence of input saturation constraints and sampling implementation in the actual multi-agent systems and therefore not suitable for direct application. In this paper, we study the finite-time consensus control problem for general higher-order multi-agent systems subject to input saturation and under general communication topologies. New finite-time consensus controller design frameworks will be developed. Robust finite-time consensus control will be studied in the presence of external disturbance and the effect of the sampling process on the control accuracy and convergence time will be thoroughly investigated. The completion of this project will greatly enrich and develop the existing multi-agent system finite-time consensus control theory and overcome the difficulties in applying finite-time consensus controllers to real multi-agent systems.

相比于传统渐近收敛一致性控制器，有限时间多智能体系统一致性控制器可以提供更快的局部收敛速度，更高的控制精度以及更强的鲁棒性。现有的有限时间一致性控制结果大多还未考虑实际应用过程中复杂智能体动态，存在的输入饱和约束以及采样实现等，较难应用于实际多智能体系统。本项目拟系统研究输入饱和下高阶复杂多智能体系统在一般通讯拓扑下的有限时间一致性控制，给出新的有限时间一致性控制器设计框架；研究存在外界扰动时，鲁棒有限时间一致性控制策略；考虑实际实现时采样过程对有限时间一致性控制器控制精度及收敛时间的影响。本项目的完成将大大丰富和发展现有多智能体系统有限时间一致性控制理论，解决现有有限时间一致性控制器难以在实际系统中应用的难题。

随着计算机、通信和嵌入式技术的发展，国防，工业，经济等各个领域都出现大量由具有一定计算、执行和通信能力的智能体组成的大规模网络化多智能体系统。多智能体系统协同控制研究对于提高我国的科技竞争力，保证国家安全，提高工业自动化和信息化水平具有直接和现实的意义。一致性控制是多智能体系统协同控制领域的一个基础核心课题，现有文献中已有大量关于渐近收敛一致性控制的结果。然而，在诸如卫星姿态同步、多导弹协同打击等实际问题中，具有有限收敛时间的一致性控制协议更加具有优势。当分布式协同控制器应用于真实系统时，还需要考虑控制对象的物理限制，输入饱和是实际系统中普遍存在的控制约束。针对现有输入饱和多智能体系统有限时间一致性控制结果的局限性，本项目进一步开展输入饱和约束下的复杂多智能体系统分布式有限时间一致性控制研究，在输入饱和多智能体系统分布式协同控制、有限时间协同控制方面取得一批新的理论成果。提出了几类新型非线性全局有界分布式一致性控制器，适用于二阶积分器系统，高阶积分器系统以及带有非完整约束的非线性多智能体系统；考虑了带有外界输入扰动时输入饱和多智能体鲁棒一致性控制，提出了一种基于滑模控制方法的全局收敛包含控制律；将适用于单个系统的Anti-windup方法推广到带有输入饱和约束的多智能体系统，为处理多智能体系统输入饱和约束提供了一种新的思路；进一步考虑了同时存在速度及输入饱和约束时多智能体系统分布式一致性控制及避碰编队控制。所提出的分布式控制器适用于线性及非线性多智能体系统动力学模型，研究了一致性、编队控制、姿态同步等多类协同控制问题，相关成果具有广泛适用性。基于理论研究成果，共发表SCI论文12篇，EI会议论文6篇，其中一作SCI论文8篇，EI会议论文4篇。期刊论文SCI它引70余次。