合作竞争多智能体系统的有限时间双向一致性研究

This project aims to improve the convergence performance and robust performance for the coordination control of multi-agent systems. For the bipartite consensus control problems, this project will study the basic principle and method of finite-time bipartite consensus protocols design for multi-agent systems with cooperative and competitive interactions simultaneously by combining signed graph theory and finite-time control theory, and discuss its applications in systems formation. The main contents include: (1) finite-time bipartite consensus of cooperative and competitive multi-agent systems under fixed topology; (2) finite-time bipartite consensus of cooperative and competitive multi-agent systems under switching topology; (3) adaptive finite-time bipartite consensus of cooperative and competitive multi-agent systems under uncertain environment; (4) finite-time bipartite formation control and application simulations. This project is of great significance in theoretical and practical applications since it not only enriches coordination control theory of multi-agent systems but also provides solid theoretical guidance and effective technical support for some practical systems such as social networks, economic networks and multi-robots.

本项目以提高多智能体系统协调控制的收敛性能和鲁棒性能为目标，针对双向一致性控制问题，提出将符号图理论和有限时间控制理论相结合，研究同时具有合作和竞争交互的多智能体系统有限时间双向一致性协议设计的基本原理和方法，并基此探讨其在系统编队中的应用问题。主要内容包括：（1）固定拓扑下合作竞争多智能体系统的有限时间双向一致性；（2）切换拓扑下合作竞争多智能体系统的有限时间双向一致性；（3）不确定环境下合作竞争多智能体系统的自适应有限时间双向一致性；（4）有限时间双向编队控制及应用仿真。通过本项目的研究不仅能够丰富多智能体系统协调控制理论，而且也为社会网络、经济网络以及多机器人等实际系统提供坚实的理论指导和有效的技术支撑，具有重要的科学意义与应用价值。

本项目以同时具有合作和竞争交互的多智能体系统为研究对象，主要考虑收敛速度、未建模动态和外部干扰等因素对其一致性的影响，在有限时间控制理论框架下结合符号图的特点提出了以下分布式一致性协议设计方法：1. 针对二阶合作竞争多智能体系统，通过加幂积分反步技术提出了与信息交互符号图相关联的分布式有限时间双向一致性算法设计方法，揭示了外部干扰等因素对系统双向一致性的影响。2. 针对高阶合作竞争多智能体系统，利用各智能体的局部信息交互规则，通过自适应控制技术提出了具有自适应能力的变参数分布式双向一致性算法和有限时间双向一致性算法设计方法，在实现双向一致性的同时克服了不确定动态的影响。3. 研究了多机器人的编队控制，探讨了所提算法的实际应用问题，提高和改进了提出的理论成果。依托该项目申请获批山东省优秀青年基金项目1项、山东省高等学校青年创新团队项目1项；录用发表论文29篇（其中SCI源刊23篇），部分论文发表在IEEE Transactions on Cybernetics、IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems、IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems、Systems & Control Letters、International Journal of Robust and Nonlinear Control等国际著名期刊上；获得第十四届中国智能系统会议优秀论文奖，申请发明专利2项，培养硕士研究生7人，按计划完成了预期的目标。