具有不确定性的多自主体网络的多协同性研究

Multi-agent network plays an important role in the areas of national defense, economic development, space exploration for its good performance in distributed coordination. Instead of singleness, multiplicity usually exists more commonly in coordinated behaviors of the network. Compared to the single-coordination behaviors, the collective dynamics of multi-coordination is richer and more valuable in application. Moreover, it is inevitably appeared individual failures, communication failures, external attacks and other uncertainties in the network, which leads to performance degradation of the network. Based on the existence of uncertainty in the real network, this project intends to study the multi-coordination problems of multi-agent network with uncertainty. Network with uncertain dynamic parameters, or spatial-temporal environmental uncertainty intend to be modelled, the network protocol will be designed. The relationship among the network topology, dynamic parameters and the uncertain parameters intends to be revealed as network achieving multi-coordination. In the case of the uncertain network topology and uncertain communication, uncertain network protocols will be designed, the relationship among agents’ initial states, network topology and the network protocol intends to be revealed. The research for this project will provide guidance on the theory and method for developing, designing and applying the joint operations under the complex spatial-temporal environment, intelligent transportation systems and multi-robot group for space exploration.

多自主体网络因其良好的分布式协调性能在国防建设、经济发展、空间探测等领域发挥着重要作用。网络的协调行为往往不单一而具有多样性，与单一的协调目标相比，多协同性更为普遍也更具应用价值。网络在协调演化中不可避免地受到个体故障、通信失效、外部攻击等不确定状况的影响，导致性能下降。基于实际网络不确定状况的存在，本项目拟研究具有不确定性的多自主体网络的多协同性问题，包括建立具有节点动态参量、时空环境不确定性的网络模型，设计传输协议，分析网络实现多协同时网络结构、动态参量、不确定量之间的关系；拟针对网络拓扑结构和通信的不确定性，设计带有不确定性的网络传输协议，研究多自主体网络达到多协同时协议参量应具备的条件，揭示多协同与自主体初始状态、网络拓扑、传输协议之间的关系。本项目的研究将为未来复杂时空环境下联合作战、智能交通系统、太空探测多机器群的开发、设计与应用提供理论与方法上的指导。

三年来，本项目组成员按计划开展了该项目的研究，完成了计划预期的研究任务，取得了预期的研究成果。本项目以具有不确定性特征的多自主体网络为对象，建立了多自主体网络的动态模型，设计了适当的传输协议，研究网络的多协调性，揭示了网络实现多协调性的内在规律。具体包括，考虑含有虚拟领队的多自主体网络，当领队动态不确定，状态信息时变时，设计了分布式控制协议，实现了多自主体网络的蜂拥控制；考虑具有不确定非线性动态特性和外部干扰的异质多自主体网络，设计了一个分布式脉冲控制协议， 研究了网络的多追踪问题；考虑到受到不确定的外部环境干扰的多自主体网络，为了抑制不确定的外部扰动，采用了基于干扰观测器的控制方法，提出了一种状态反馈控制协议和一种输出反馈控制协议，分析并得了网络实现包含控制的条件。此外，我们提出一类具有非单调发生率的时滞随机传染病模型，运用李雅普诺夫方法等证明该模型具有唯一正全局解，并得到了相应确定模型地方病平衡点在随机扰动下的渐进性。我们还构建了一个时延耦合的Hub状基因调控网络，并研究了其局部稳定性和分岔行为。数值仿真证实了上述结果的正确性。项目的研究成果对于认识实际中具有不确定性的多自主体网络的演化规律具有理论意义和实用价值。项目组在国内外刊物上发表或在线发表论文共 6 篇,其中SCI源刊5篇(如Nonlinear Dynamics、International Journal of Robust and Nonlinear Control、 Journal of the Franklin Institute等)。