复杂异质智能网络的同步行为分析与可控性研究

Synchronization of complex networks and consensus formation of multi-agent systems have indeed attracted enormous research interest in natrual and technical sciences.The mathematical framework for describing synchronization and consensus is similar, and thus the aim of this project is to provide the investiations in which synchronization and consensus are presented jointly in the framework of complex agent network, focusing on nonlinear dynamics of heterogeneous individuals.. The details of this project include:(1) consensus analysis of complex agent network with nonlinear heterogeneous dynamics;(2)discussion on bounded synchronization of a class heterogeneous agent network;(3)local controllability of typical complex agent networks. Based on these, it is to reveal the intrinsic relations between the emergencing synchronization of complex agent networks and many factors including the heterogeneity and nonlinear dynamics of agents,the intermittent,discontinuous and randomly lost connections in noisy communication etc. It will also to provide a theoretical framework for the analysis of local control for complex heterogeneous agent networks.This project can not only enrich the theory of networked cooperative control, promote the related technologies of multi- disciplinary study, also provide theory and methods for the design of complex systems, which has great theoretical significane and application value.

复杂网络的同步研究和多智能体系统的一致性控制分属自然科学和技术科学领域的研究热点问题。考虑到这两方面研究在数学描述下有共通和可借鉴之处，本项目拟在复杂智能网络的框架下统一地开展复杂网络的同步和多智能体系统的一致性控制研究，重点研究具有异质非线性动力学特性个体的复杂智能网络集体行为分析与控制问题，研究内容包括：（1）非线性异质网络系统的可一致性研究；（2）一类非线性异质网络的有界同步研究；（3）典型异质网络系统的局部可控性研究。借此研究内容揭示出网络集体涌现的同步行为与智能体个体的异质性、动态非线性、通信中的间断、不连续和随机连接丢失、噪声等间的内在关系，并为典型智能网络系统提供局部可控分析的理论框架。此课题不仅能丰富网络化协同控制相关理论，促进相关技术交叉研究，也为复杂系统设计提供理论和方法，具有重要的理论意义和应用价值。

复杂网络的同步研究和多智能体系统的一致性控制分属自然科学和技术领域的研究热点问题。考虑到这两方面研究在数学描述下有共通和可借鉴之处，本项目在复杂智能网络的框架下统一地开展复杂网络的同步和多智能体系统的一致性控制研究，主要研究进展包括：.（1）给出了复杂异质耦合网络同步态的数学刻画，为复杂异质耦合网络的可一致性判别提供了必要条件。.（2）提出了一种将复杂异质网络的同步问题分解为两个降维子网络的集体行为分析的分解方法，为分析复杂异质网络的可一致性问题提供了切实可行的分析方法。.（3）建立了一套分析具有切换拓扑的复杂异质网络实现局部有界同步和全局有界同步的理论方法，给出了保守性较小的最终同步边界估计，为分析真实网络系统的集体行为提供了分析手段。.（4）分别讨论了通信时延、输入饱和及外部扰动等对复杂智能网络一致性分布式控制协议的影响，建立了保守性较小的判定条件，为实现一致性集体行为提供重要的分布式协议设计依据。.（5）利用Lyapunov稳定性理论给出了一般复杂智能网络同步的判定准则，并借助半定规划类软件求解获得网络的高阶多项式Lyapunov函数，得到保守性弱、适用范围广的同步判据。.（6）针对线性定常系统描述的复杂智能网络，提出了一种基于路径可达的结构可控性方法以克服现有方法判断大规模网络可控性时具有较大的计算复杂度问题，为研究大规模网络的可控性问题提供重要的技术手段。.（7）以城市公交网络为例，采用了分布式设计思想依次研究了交通信号灯占空比设计、共享单车的优化选址两个问题，为理论成果的实际应用提供了潜在的技术支持。.作为第一作者（含通信作者）共发表期刊论文19篇，包括Autoamtica（2篇）、SIAM Journal of Control and Optimization（1篇）、IEEE Transactions会刊（4篇），一篇论文入选ESI高被引论文；分别在ISA Transactions和Journal of The Franklin Institute担任客座编辑；申请发明专利4项，其中2项已授权。此课题不仅能丰富网络化协同控制相关理论，促进相关技术交叉研究，也为复杂系统设计提供理论和方法，具有重要的理论意义和应用价值。