多智能体系统在马尔科夫切换通讯拓扑下的鲁棒协调控制研究

The robust coordination control for multi-agent systems over Markovian switching communication networks is essential for improving the robustness of networking agents against disturbance. It is the key technique to the realization of the coordination control of multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) in engineering applications. By using the robust control theory together with the stability theory and optimal control theory, this project mainly focuses on investigating the finite-time robust coordination control problem for grouped agents subject to measurement noise, external disturbance and with heterogeneous uncertainties. For given performance index, robust coordination control algorithms are proposed to achieve the robust coordination control of multi-agent systems over Markovian switching networks, and then verified with numerical simulations. The research of this project provides a novel approach for the robust coordination control of networking agents over Markovian switching topologies. This approach relaxes the conservative assumption on the convergence time, which is induced by the existing methods of multi-agent systems over Markovian switching networks, and can be used to solve the finite-time robust control problem for networking agents with measurement noise over Markovian switching networks. Therefore, this project not only promotes the development of the robust control theory, but also provides the theoretical underpinning for the application of the multi-agent coordination control algorithms on engineering practice.

多智能体系统在马尔科夫切换通讯拓扑下的鲁棒协调控制可以有效提高智能体的鲁棒性能品质，是在工程应用中实现多无人机协调控制的关键技术。本项目将利用鲁棒控制理论，结合稳定性理论和优化控制理论等知识，重点研究存在通讯噪声、外部扰动和系统异构不确定性下的有限时间鲁棒协调控制问题。根据给定的性能指标，设计相应的鲁棒协调控制算法，实现多智能体系统在马尔科夫切换通讯拓扑下的鲁棒协调控制，并通过数值计算验证理论结果的有效性。经过本项目的研究，将提供一个研究多智能体系统在马尔科夫切换通讯拓扑下鲁棒协调控制问题的新方法，该方法改善了已有成果中无限长收敛时间的保守性，可用来解决通讯噪声存在下的有限时间鲁棒协调控制问题。因此，本项目研究不仅促进了鲁棒控制理论的发展，而且为多智能体协调控制算法在工程上的实际应用提供了理论依据。

在多智能体系统的研究领域，虽然已经取得了许多研究成果，但针对多智能体系统在马尔科夫切换通迅拓扑下的鲁棒协调控制问题是多智能体系统领域尚待研究的新问题，具有马尔科夫切换通讯拓扑的多智能体系统具有一般的多智能体系统所没有的新特点。在实际应用中，由于存在外部扰动、攻击、通讯中断等情况，多智能体系统中的通讯拓扑可能发生马尔科夫切换，使得通讯拓扑具有不确定性，从而降低系统的鲁棒性。为此，必须针对具有马尔科夫切换通讯拓扑的多智能体系统，研究其鲁棒协调控制问题。. 本项目主要研究多智能体系统在马尔科夫切换通迅拓扑下的鲁棒协调控制问题，首先，我们针对具有一般线性动力学的多智能体系统，研究在马尔科夫切换拓扑下可提高抗干扰能力的分布式协调控制问题，并提出相应的分布式协调控制算法。然后针对具有线性异构动力学的多智能体系统，研究马尔科夫切换通讯拓扑下的分布式协调控制问题，并提出相应的鲁棒协调控制算法。进一步地，研究马尔科夫切换通讯拓扑下的有限时间协调控制问题，并提出相应的协调控制算法。最后，将提出的协同控制算法应用到多无人机的协调控制中并加以数值验证，表明了所提出控制算法的有效性和优越性。