随机通信干扰下多智能体系统的一致性研究

In recent years, the coordinated control of multi-agent systems has become a hot topic in control field. As the basis of the cooperation control of multi-agents, consensus problem attracts much attention from many different fields. However, it is most important to consider the impact of random factors on actual systems. In view of this, we will study the consensus control for multi-agent systems with Markovian switching topologies and noise measurement. Two problems will be studied in this object. Firstly, we will design the neighbor-based tracking protocol together with distributed estimators. Some sufficient conditions will be obtained to achieve consensus in the sense of mean square of multi-agent systems with Markovian switching and noise measurement. Secondly, we will consider the consensus problems of adaptive and impulsive multi-agent systems with communication time delay. Also some sufficient conditions will be obtained to achieve consensus. The design of control protocols is based on the neighbor-based distributed control. The stability of stochastic functional differential equations is the theoretical foundation in this study. Through the research of this project, we will solved the consensus problem in mean square of multi-agent systems with Markovian switching and noise measurement. Also we will design effective control protocols with adaptive control method and impulsive control method. Moreover, delay-dependent sufficient and delay-independent sufficient will be obtained for time-varying delay systems. The simulation examples are given to illustrate the performance of the proposed control scheme. The results of our study will provide more reliable theoretical guidance to the system science in the production research, the engineering applications and the development of the defense and the economy.

近年来，多智能体系统的协调控制成为控制领域研究的一个热点。一致性问题作为多智能体之间合作协调的基础，受到来自各个领域研究者越来越多的关注。考虑到现实中的系统往往会受到许多随机因素的介入，所以研究随机通信干扰下多智能体系统的一致性问题很有现实意义。本项目拟重点研究以下两方面问题：在通信受到各种不同噪声干扰时系统一致性的实现；当某个有限状态马氏链进入系统参数，即马尔可夫切换拓扑下系统达到均方一致性的充分条件。项目的研究将以基于邻居的分布式协议为基础设计控制协议，并考虑通信可能产生时滞时的情形，以随机泛函微分方程稳定性定理为理论基础进行论证，最终得到实现多智能体系统一致性的充分条件，并通过数值模拟说明方法的有效性。通过本项目的研究，能够对随机干扰下的多智能体的群体行有一个很好理论分析，并为其在工程应用、生产实际、经济发展提供理论指导。

随着信息技术和生命科学的快速发展，多智能体系统的研究显得愈来愈重要。研究的方向渗透到数学物理学科、生命学科以及工程技术等众多不同的领域。系统中的个体需要进行信息的交换，而通信受到干扰是一个客观存在的现象，因此研究具有扰动的多智能体系统能更好地反映现实世界中的现象。此前对于多智能体系统的研究侧重于协调行为的研究，如蜂拥问题、群集问题、编队问题、一致性问题；又如对控制协议的探讨，如一阶控制、二阶控制以及高阶控制，但较少考虑随机源对系统的干扰。所以本项目的研究关注了随机通信约束对系统的影响。. 本项目以动力系统、随机系统以及现代控制理论方面的知识为基础，深入研究了随机干扰、随机时延、随机丢包等通信约束下多智能体系统的一致性问题与网络控制系统的稳定性问题。研究对象为多个对象组成网络结构的多智能体系统与系统的各部分通过通信网络进行信息交换的网络控制系统；控制策略包含自适应控制、脉冲控制等现代控制方法。具体工作如下：. （1）基于随机李雅普诺夫稳定性理论、Itô公式、自适应控制的方法，研究了随机扰动下带领导者多智能体系统的一致性问题，系统成员间的通信具有时滞与噪声干扰，并将扰动建模为一列相互独立的高斯白噪声，系统用随机时滞微分系统表示，文章给出了基于自适应的二阶控制协议，提出了系统实现均方一致性的充分条件，并用数值模拟说明控制协议的有效性；. （2）在类似（1）的条件下，研究了无领导者的情形下，多智能体系统的平均一致性问题，利用图论与随机微分系统的稳定性分析，设计基于邻居的一致性协议并提出系统实现均方平均一致性的充分条件；. （3）研究离散时间域内带随机时延的网络控制系统的镇定问题，将随机时延建模为马尔可夫链，在网络控制系统中引入模态依赖的脉冲切换控制，建立基于脉冲控制的网络控制系统模型，利用随机系统的稳定性理论推导得到使系统实现随机稳定的充分必要条件，并利用倒立摆模型对被控系统进行数值模拟，仿真结果说明了控制方法的有效性。. 综上，本研究的结果将为生产实际、工程应用，以及社会经济发展提供一定的理论指导。