多智能体系统一致性控制及其在卫星编队飞行中的应用

本项目研究线性和非线性多智能体系统的一致性控制问题及其在卫星编队飞行中的应用。对于一般线性多智能体系统，构造仅基于邻居智能体间相对输出信息的全阶和降阶一致性控制律，刻画并讨论系统的一致性区域概念，进而给出一致性控制律的设计算法；分析多智能体系统一致性对于外部干扰的H2和H∞性能品质以及相应的一致性控制律的设计问题；阐明具有参数不确定性的多智能体系统的鲁棒一致性与标称多智能体系统的H∞一致性的内在关联；建立非线性多智能体系统达到全局一致性的条件，分析系统的全局一致性区域，给出一致性控制律的设计方法。基于提出的一致性算法，给出分布式协调控制律以实现卫星编队飞行的构型控制和姿态同步。经过本项目的研究，初步建立一个处理线性和非线性多智能体系统一致性问题的基于一致性区域的新方法，这将不仅推动一致性理论的发展，而且将在卫星编队飞行及相关领域有着重要的应用。

经过课题组成员，特别是主持人的努力，本项目出色完成了研究计划所列之内容，在多智能体系统协调控制领域取得了一系列重要进展，初步建立了基于一致性区域的分布式协调控制律设计方法。特别地，针对一般线性和Lipschitz非线性多智能体系统，基于相邻智能体之间的局部状态或输出信息，提出了基于边和基于节点的分布式自适应一致性协议。与已有的一致性协议相比，我们提出的自适应协议仅依赖局部信息，因而是完全分布式的；针对一般连续时间线性多智能体系统，研究了存在一个具有非零控制输入的领导者情况下的分布式跟踪控制问题。基于相邻智能体间的相对状态信息，提出具有定常和自适应耦合增益的分布式非连续控制律，证明了在此控制律下跟随者的状态能够渐进跟踪领导者的状态；研究了具有非等同匹配不确定性的线性多智能体系统的分布式鲁棒一致性问题，考虑了无领导者和领导者具有有界未知控制输入两种情况，设计了基于相邻智能体间的局部状态信息的分布式连续自适应控制律。..应国际知名学者Frank Lewis邀请在CRC出版社出版了英文专著一本，系统地阐述了我们提出的一致性区域方法。在控制领域的重要学术期刊发表（包括接受）SCI检索论文18篇，其中包括控制顶级期刊IEEE Transactions of Automatic Control 3篇，Automatica论文3篇（长文1篇）。项目负责人李忠奎还获得了2013年的IET Control .Theory & Applications Premium Award（最佳论文奖），2012年全国优秀博士学位论文奖，2009-2011系统科学最佳论文奖，2013年IEEE CSS Beijing Chapter Young Author Prize等学术奖励。