多智能体系统区域聚集的层次化控制

复杂多智能体系统协调控制是近年来系统科学与控制理论领域中一个重要研究方向。国内外对多智能体系统协调控制尤其是一致性控制的研究已经产生了许多有意义的成果。本项目根据实际应用需求，利用现代控制理论和数学方法对多智能体系统的区域聚集问题进行深入研究。研究内容主要包括：发展现有的基于多领导者的一阶线性多智能体系统区域聚集研究成果，设计高阶非线性多智能体系统区域聚集层次化控制，采用新的基于集合Lyapunov函数方法分析多智能体系统区域聚集的收敛性；进一步，研究高阶多智能体系统在随机切换耦合拓扑、基于事件触发机制等情形下区域聚集的系统建模与控制设计；对任意的凸目标区域聚集提出控制设计；解决非凸优化区域聚集的建模与控制。通过这些研究，加深对多智能体系统协调合作机制的理解，完善一致性控制设计与分析方法，拓展多智能体系统在多机器人系统、信息管理系统等领域的应用范围。

在本项目的资助下，我们对多智能体系统的聚集问题开展了深入研究，在国内外学术期刊及会议发表论文21篇，其中，10篇SCI检索论文，11篇EI检索论文，16篇第一作者论文。项目组成员先后获得了2项国家自然科学基金面上项目支持。项目组成员参加国内外学术会议9人次，邀请国内外专家来访3人次。经过努力，我们完成了预期的考核指标。本项目的具体研究内容如下：（1）研究了多智能体系统基于分布式估计的聚集控制设计与分析。针对智能体能够获取邻居的相对位置和相对速度信息或者只能获取邻居的相对位置两种情形，采用线性参数化模型方法和分布式观测器设计理论考虑了二阶智能体动力学中存在未知非线性扰动下的自适应聚集控制。相关结果发表在《Automatica》、《Journal of Systems Science and Complexity》以及第19 届IFAC World Congress 会议等。（2）研究了多智能体系统基于事件触发机制的聚集控制设计与分析。对不同阶多智能体系统设计了分散式事件触发控制，克服了高阶事件触发控制设计与分析中触发时间间隔下界难确定、难分析的难题。也考虑了系统动力学中存在有界扰动以及通信延时等情形下的事件触发控制。相关结果发表于《Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation》、《Kybernetika》、《Abstract and Applied Analysis》以及ICARCV 2012、中国控制会议等。（3）研究了合作-对抗多智能体系统群体行为涌现机制。合作与对抗是智能体之间非常普遍存在的作用关系。采用符号图理论建立了合作-对抗多智能体系统的耦合网络，分析了符号Laplacian矩阵在网络结构平衡性、连通性条件下的代数性质。进一步，全面地分析了一阶合作-多抗多智能体系统有向耦合网络上达到一致性、二部一致性以及分裂的充分条件。也对合作-竞争多智能体系统提出了自由二部一致性控制、干预二部一致性控制、自适应二部一致性控制等控制设计方法。相关成果发表于《Physics Letters A》、《Abstract and Applied Analysis》以及第52届IEEE CDC、ICARCV 2014、中国控制会议等。