【摘 要】
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近年来,编队控制问题由于其广泛的应用逐渐成为多智能体系统协同控制领域的一个研究热点。本文主要研究其中一类典型的编队控制问题,即多智能体系统的环形编队控制问题。假设所有智能体初始时刻任意分布在一个给定的圆环上,并被限制在圆环上的一维空间内移动,通过设计每个智能体的分布式控制律,使得多智能体系统在圆环上形成期望的编队队形。考虑到闭环系统的收敛速率也被认为是协同控制协议的一个重要性能指标,因此研究多智能
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近年来,编队控制问题由于其广泛的应用逐渐成为多智能体系统协同控制领域的一个研究热点。本文主要研究其中一类典型的编队控制问题,即多智能体系统的环形编队控制问题。假设所有智能体初始时刻任意分布在一个给定的圆环上,并被限制在圆环上的一维空间内移动,通过设计每个智能体的分布式控制律,使得多智能体系统在圆环上形成期望的编队队形。考虑到闭环系统的收敛速率也被认为是协同控制协议的一个重要性能指标,因此研究多智能体系统的有限时间环形编队问题具有重要的实际意义。首先,由于实际应用中智能体的控制输入通常是有界的,本文针对一阶多智能体系统,研究了具有有界控制输入的有限时间环形编队问题。本文为每个移动智能体设计了分布式的编队控制律,使得它们能够在某个有限时间内在一个给定的圆环上形成期望的编队队形。同时利用李雅普诺夫方法以及有限时间稳定性理论,证明了控制律的有限时间收敛性,并且给出了系统有限收敛时间的数学表达式。其次,考虑到存在一些类型的智能体如独轮车、无人船、机器鱼等只能向前运动而不能向后运动,本文针对智能体只能按逆时针方向在圆环上运动的情况,同样实现对应一阶多智能体系统的有限时间环形编队控制。本文结合李雅普诺夫方法以及有限时间稳定性理论,给出了所设计的分布式编队控制律的有限时间收敛性分析,并且证明了具有单向运动限制以及有界控制输入的智能体在实现期望编队的过程中,在圆环上的前后顺序一直保持不变,这样能够有效防止智能体之间的碰撞。最后,由于智能体在实际应用中多是由加速度驱动的,本文进一步研究了具有二阶动力学模型的多智能体系统的有限时间环形编队问题。当智能体可以获得邻居及其自身的位置与速度信息时,本文为每个智能体构建了具有有界控制输入的分布式编队控制律,并且即使每个智能体具有明确且不同的输入饱和限制,期望的环形编队还是在有限时间内得到了实现。另外考虑到对于二阶智能体,其移动速度一般难以测量,因此本文通过构造辅助系统的方法调整了编队控制律,证明了仅依赖智能体的位置状态信息,依然能够在有限时间内实现期望的环形编队任务。
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