多源干扰下具有通讯网络拓扑重构机制的多智能体系统包含控制及应用

Containment control for multi-agent system is a hot topic in the research field of artificial intelligence. However, related development of its theory and application hasn’t reached the maturity stage yet, and there still exists many problems to be solved. This project is carried out by concentrating on the core problem of this area, which is the containment control for multi-agent system interfered by multiple sources. Firstly, with the consideration of the conservatism and the computation burden, the condition of containment control for multi-agent system featured for noise-to-state stability within a given directed communication topology is explored. Secondly, reconfiguration mechanism of communication network topology for multi-agent system interfered by multiple sources is proposed, thus the containment control for multi-agent system with time-varying delays under complex noises environment can be realized with a lower cost on network topology reconfiguration. Furthermore, the above research results will be verified through the semi-physical simulation platform, which will further promote their applications in solving the problem of cooperative tracking guidance for unmanned ship cluster.

多智能体系统的包含控制问题是人工智能领域的研究热点，但其理论与应用研究都尚未成熟，还有很多问题亟待解决。本项目围绕多源干扰下多智能体系统包含控制这一核心问题展开研究。首先，探索基于给定有向通讯拓扑结构的多智能体系统实现噪声-状态稳定意义下，兼顾保守性与计算负担的包含控制的条件。其次，提出多源强干扰下多智能体系统通讯网络拓扑重构机制，以较低网络拓扑重构机制成本实现复杂噪声环境下带有多时变时滞的多智能体系统包含控制。最后，结合半实物实验仿真平台，将上述研究成果进行实验验证，推动其在解决无人驾驶船舶集群协同跟踪制导问题中的应用。

项目负责人承担的“多源干扰下具有通讯网络拓扑重构机制的多智能体系统包含控制及应用”（61803064）青年科学基金项目，以多源干扰下的多智能系统为研究对象，考虑一种带有复杂噪声和时变时滞等多源干扰的多智能体系统包含控制，并深入探究其分布式通讯拓扑结构设计和最优可行通讯网络拓扑结构设计。.本项目已分析了时变时滞、噪声等干扰对多智能体系统包含控制协议的影响。其主要研究内容可概括为以下两部分：1）本项目研究兼顾计算成本及理论的保守性，基于广义噪声随机微分方程理论框架，以多智能体系统包含控制协议为研究对象，分析了带有多时变时滞、随机噪声对多源干扰的多智能体系统的噪声-状态稳定性。研究了多智能体系统实现包含控制的充分条件。2）基于多智能体系统通讯拓扑结构特征，本项目通过分析其分布式拓扑结构调整策略与跟随智能体的收敛位置变化间的相互影响，构建出一种具有通讯网络拓扑重构机制的多智能体包含控制理论体系，并对其最优可行通讯拓扑的收敛性及拓扑重构成本进行深入讨论。截至项目结题日，项目负责人及研究人员已顺利完成既定的研究目标，并针对本项目关注的核心问题取得丰硕的研究成果。研究成果包括，在国内外学术期刊/会议发表学术论文42篇，其中SCI检索论文22篇，EI检索IEEE国际会议论文20篇。同时，根据研究内容及其实际应用成果，申请发明专利29项，其中授权4项。由于本项目所取得的研究成果在解决船舶集群多智能体系统的能效管理智能决策及避碰避障问题研究中产生了积极效果，项目负责人荣获了“2021年中国造船工程学会科技进步奖”，二等奖。