多智能体网络系统的一致性协调控制

从理论上研究多智能体网络系统的一致性协调控制问题，给出设计和分析一致性分布协议的一般方法，并寻求其结果在多机器人协调控制领域中的应用，包括队形控制、避障控制、交汇问题等。本课题围绕一致性协调控制中的若干实际问题，包括通信网络拓扑时变、信号传输具有时滞、个体动态行为异步等，从不同角度展开研究。利用控制理论、矩阵分析、代数图理论、概率论与随机过程等基本理论工具，建立更加符合实际的个体动力学模型和通信网络拓扑模型，分析系统的集聚性、收敛性和稳定性，研究切换拓扑和时变时滞条件下的高阶一致性问题、异步一致性问题、有限时间一致性问题，丰富和完善分布式协作算法的设计和分析理论。

近几年，多智能体系统一致性理论研究受到了国内外学者的广泛关注，得到了快速的发展，逐渐成为系统与控制理论领域的重要研究内容之一。申请人的青年基金项目围绕多智能体系统的一致性问题展开研究，在二阶积分器网络一致性、异步一致性、有限时间一致性、采样一致性、事件驱动一致性等问题的研究中取得重要突破性成果，给出了在对称与非对称通信拓扑、定常通信拓扑和时变通信拓扑、定常通信时滞和时变通信时滞等多种情况下多智能体系统分布式一致性控制协议的设计和分析方法，给出了系统解决一致性问题的数学条件和通信拓扑结构条件，并研究了交汇控制中通信网络的连通性保持问题。. 具体地，在采样控制理论框架下，研究了个体行为的异步性和信号传输的异步性对群体智能行为的影响；发展了集值一致性理论，并应用到异步交汇控制中；研究了高阶系统的部分状态异步一致性问题；应用事件驱动控制方法实现了异步采样一致性控制；设计了分布式非线性一致性协议，解决了时变有向拓扑情况下有限时间一致性问题，并分析了系统的扰动抑制能力和系统参数、协议参数、拓扑结构、个体状态等对收敛速度的影响；给出了交汇控制过程中信息链路单向不稳定情况下通信网络连通性保持规则，从理论上证明了控制协议有效性和鲁棒性。另外申请人现在一阶、二阶积分器网络系统的事件驱动和采样一致性控制方面取得了较为重要的初步成果，正在总结整理中。. 目前，申请人在青年基金项目资助下完成和发表论文9篇，其中包括控制理论领域国际顶级杂志《Automatica》和《IEEE Transactions on Automatic Control》3篇（1篇为长文），控制理论领域国际权威杂志《SIAM Journal on Control and Optimization》和《Systems & Control Letters》上各1篇。项目负责人于2012年获得“青年-面上连续资助项目”资助。