一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法

本发明涉及多智能体系统领域，具体涉及一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法。

背景技术：

1、近年来，多智能体系统的协同控制因其在分布式传感器网络、无人机协同组队、自动化公路系统和分布式智能微电网等不同领域的应用而备受关注。多智能体系统有并行性、平行性、易于升级改造等优点，在社会上有广泛的应用场景，如智能电网、智能工厂、环境监测等。因此研究多智能体系统一致性具有理论意义和实际价值。

2、一致性问题是协同控制中的最基本的问题之一。一致性问题的关键在于设计一种分布式反馈控制律，使所有智能体达到共同的轨迹。然而，在实际的应用中，理想通信情况基本不存在，智能体间的通信信道往往存在着数据包丢失、时延等现象。在无线通信中，由于距离较短网络时延往往可以忽略，但数据包丢失一直很常见。因此，研究丢包环境下多智能体系统的随机一致性问题很有必要。

3、随机系统可以分为加性噪声系统和乘性噪声系统。关于加性噪声随机线性系统的一致性问题已经基本上得到了解决。相比于加性噪声系统的随机控制而言，乘性噪声随机控制的研究进展相对缓慢，且仍然有许多问题尚未得到解决。

4、另一方面，在实际应用中，在不同作战领域对不同类型的物体进行协同控制已经成为无人集群系统发展的一大趋势。因此异构多智能体系统的分布式输出一致性问题引起了学者们的广泛关注。目前，解决异构一致性问题最流行的方法之一是分布式前馈控制方法。其中，为了保证分布式观测器的稳定性，通常采用拉普拉斯矩阵的非零特征值来确定耦合权值。然而，拉普拉斯矩阵依赖于整个通信网络，需要拓扑结构的全局信息。如何为异构多智能体系统设计一种避免依赖于全局信息的分布式自适应协议仍然需要深入研究。

技术实现思路

1、针对，本发明提供一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，设计合理，解决了现有技术的不足，具有良好的效果。

2、为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

3、一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1、建立具有领导者的一般线性异构多智能体系统模型；

5、步骤2、根据建立的异构多智能体系统模型，设计分布式自适应输出反馈控制协议，包括控制器、估计器、观测器和自适应协议；

6、步骤3、设计观测器和自适应协议的控制增益矩阵，使观测器系统收敛；

7、步骤4、利用坐标变换，选择控制器和估计器的反馈增益矩阵，使得闭环系统稳定，即设计的控制协议可以使得异构多智能体系统实现均方输出一致。

8、进一步地，建立具有领导者的异构连续多智能系统模型为：

9、跟随者系统：

10、（1）

11、其中，，，分别是第个跟随者的状态、控制输入和输出，表示连续时间；，和分别表示每个智能体的具有不同维度的系统矩阵；为跟随者的数量；

12、领导者系统：

13、（2）

14、其中，，分别是领导者的状态和输出，和是具有相容维度的系数矩阵。

15、进一步地，所述步骤2中，设计的分布式自适应输出反馈控制协议为：

16、；（3）

17、；（4）

18、；（5）

19、；（6）

20、其中，，是第个智能体的估计状态，是第个智能体的观测状态，是第个智能体的自适应耦合权重，是观测器的控制增益矩阵，是自适应协议的控制增益矩阵，是估计器的反馈增益矩阵；表示第个智能体的通信丢包，被建模为独立同分布的白噪声，均值为，方差为，并且对于，；表示相对误差信息成功传输到第个智能体，否则，；为控制器的反馈增益矩阵，为控制器的前馈增益矩阵，为第个智能体和第个智能体之间的通信连接，为第个智能体和领导者之间的通信连接，为第个智能体的观测状态。

21、进一步地，所述步骤3中，设计的观测器和自适应协议的控制增益矩阵满足：，，其中的选取满足是可稳的，是代数黎卡提方程（7）的解：

22、（7）。

23、进一步地，所述步骤4中，当存在控制器和估计器的反馈增益矩阵使得是hurwitz矩阵时，，其中和是矩阵方程（16）的解：

24、（16）。

25、本发明所带来的有益技术效果：

26、本发明在有向图上考虑了不相同通信丢包情况下的异构多智能体网络，提出了一种基于节点的自适应分布式观测器来估计领导者的状态信息，并基于所设计的观测器引入了动态分布式输出反馈控制协议；通过构造随机李雅普诺夫函数，从丢包的系统动态特征、拓扑特征和统计特征出发，导出了均方一致条件。

技术特征：

1.一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，其特征在于，建立具有领导者的异构连续多智能系统模型为：

3.根据权利要求2所述的一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，其特征在于，所述步骤2中，设计的分布式自适应输出反馈控制协议为：

4.根据权利要求3所述的一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，其特征在于，所述步骤3中，设计的观测器和自适应协议的控制增益矩阵满足：，，其中的选取满足是可稳的，是代数黎卡提方程（7）的解：

5.根据权利要求4所述的一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，其特征在于，所述步骤4中，当存在控制器和估计器的反馈增益矩阵使得是hurwitz矩阵时，，其中和是矩阵方程（16）的解：

技术总结本发明公开了一种具有通信丢包的异构多智能体系统均方一致控制方法，属于多智能体系统领域，通过引入自适应协议，设计了不依赖于全局信息的自适应控制协议。其步骤为：构建具有领导者的一般线性异构多智能体系统模型；设计分布式自适应输出反馈控制协议；设计观测器和自适应协议的控制增益矩阵，使观测器系统收敛；选择控制器和估计器的反馈增益矩阵，使得闭环系统稳定。本发明解决了现有方法无法实现连续时间下，具有通信丢包的一般线性异构多智能体系统以完全分布式的方式实现均方一致的问题，通过引入自适应协议，以有向图来描述智能体之间的通信拓扑关系，构建一致误差，实现异构多智能体系统的均方输出一致。技术研发人员：徐文秋,张丽萍受保护的技术使用者：山东科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13