非线性多智能体系统自适应一致性控制理论及应用研究

This project is devoted to adaptive consensus control of nonlinear multi-agent systems and aims at exploring control strategies with less conservative assumptions and wider application range. Specially, the following research topics are considered: (1) global output-feedback adaptive consensus control of nonlinear multi-agent systems; (2) distributed adaptive quantized control with unknown control direction; (3) global output-feedback adaptive containment control of multi-input multi-output agents; (4) adaptive consensus control of fast time-varying multi-agent systems; (5) distributed adaptive actuator failure compensation of nonlinear multi-agent systems; (6) the applications to formation control of quadrotor unmanned helicopters. The research of this project will enrich the adaptive consensus control theory, offer new ideas for solving some practical problems such as quantization, actuator failures, coupling dynamics and fast time-varying parameters, and promote the applications of adaptive consensus control to practical systems.

本项目拟以非线性多智能体系统为对象，开展自适应一致性控制方法研究，旨在探索保守性弱、应用范围广的控制策略。主要研究内容包括：（1）非线性多智能体系统的全局输出反馈自适应一致性控制；（2）控制方向未知的分布自适应量化控制；（3）多输入多输出智能体的全局输出反馈自适应包含控制；（4）快时变多智能体系统的自适应一致性控制；（5）非线性多智能体系统的分布自适应执行器故障补偿；（6）在四旋翼无人直升机编队控制中的应用。本项目的研究不仅能丰富自适应一致性控制理论，还可为解决实际工程中广泛存在的量化、执行器故障、耦合、快时变等问题提供新思路，推动自适应一致性控制在实际系统中的应用。

针对不确定非线性多智能体系统，本项目提出了新型自适应一致性控制方法，放宽了传统方法对系统非线性、未知时变参数和多输入多输出智能体控制增益矩阵的限制，拓展了自适应控制在强耦合、快时变、输出反馈多智能体中的适用范围。构造了新型回滞量化器和事件触发机制，减少了智能体之间的通信负担。提出了新型Nussbaum函数和反证法，给出了允许各智能体具有未知且不同控制方向的自适应一致性控制方法。针对存在未知执行器故障的非线性多智能体系统，提出了可容忍一般性时变执行器故障的分布式自适应补偿控制方法。进而，将所提方法应用到了飞行器控制，提升了系统自主性和可靠性。在本项目资助下，目前已在国内外知名期刊和会议上发表论文23篇，其中SCI论文17篇（包括控制领域国际顶级期刊IEEE Transactions on Automatic Control和Automatica论文4篇）、EI论文6篇，授权国家发明专利4项。本项目研究工作发展了自适应一致性控制理论，为解决实际工程中广泛存在的强不确定、强非线性、强耦合、快时变、通信约束等问题提供了方法支撑。