基于自适应技术的多智能体系统容错包容控制算法研究

摘要

近些年来，多智能体系统的分布式控制问题一直是控制理论中一个热门的研究课题，主要由于在众多领域都有着广泛的应用，例如无人驾驶飞行器的编队控制、群集、分布式传感器网络等都有着巨大的军事价值和潜在的经济价值。对于多智能体协同控制中往往都是假设系统中无领导智能体或者只有一个领导智能体，然而，在一些实际应用中，系统可能存在多个领导智能体，因此，对系统中含有多个领导智能体的包容控制问题的研究具有非常重要的理论和应用价值。 本文将从具有执行器故障的多智能体包容控制问题出发，分别以系统状态已知的状态反馈和系统状态未知的输出反馈，设计相应的容错包容控制算法，并且结合NASA公布的F18高超速攻击机模型参数进行仿真分析，验证算法合理性。主要包括以下内容: 第三章，考虑具有执行器故障和一类非线性函数同时存在参数不确定性和外部扰动的多领航多智能体系统模型。同时考虑在系统的全局信息未知的情况下，即Laplacian矩阵的最小特征值未知，针对上述的系统模型，提出了一个完全的分布式自适应容错包容控制策略，有效的解决了在系统全局信息未知的包容控制难题。 第四章，考虑具有执行器偏移故障及系统状态未知的多领航多智能体系统模型。由于所考虑的偏移故障参数是时变的，系统状态和系统全局信息未知，因此本章设计了合理的自适应观测器，并利用估计信息设计出分布式自适应容错包容控制器。仿真结果显示了自适应观测器能快速并准确的估计出系统状态和未知的故障参数，并且所设计的控制器最终有效解决了带有偏移故障的包容控制问题。 第五章，考虑具有执行器失效、偏移故障和系统状态未知的多领航多智能体系统模型。本章所研究的故障模型比第四章模型更加全面，这更符合实际系统情况。本章所研究系统失效故障是时变的并且系统状态未知，这都为控制器设计带了的巨大挑战。因此在本章首先设计出了一个自适应故障观测器，与此同时，为了避免观测器所带来的高频振荡，设计了一个低通滤波器。自适应故障观测器和低通滤波器的引入使得失效故障参数和偏移故障参数被快速准确地估计。基于所估计出的信息，最终设计了自适应容错包容控制器，使得估计误差最终收敛并且所有跟随者最终跟踪到领航者所形成的凸包区域内。 最后，对全文所做工作进行了总结，并对研究方向进一步展望。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1多智能体系统的研究背景及意义

1．2多智能体系统包容控制的研究现状

1．2．1多智能体一致性协调控制问题研究现状

1．2．2多智能体系统包容控制的研究现状

1．3多智能体系统的容错控制研究现状

1．3．1容错控制的研究现状

1．3．2容错包容控制的研究现状

1．4本文主要研究内容和结构安排

第2章预备知识

2．1引言

2．2代数及图论知识

2．3稳定性理论

2．4相关引理

2．5本章小结

第3章具有一类非线性的MAS容错包容控制器斋设计

3．1引言

3．2问题描述

3．3自适应容错包容控制器设计

3．4仿真算例

3．5本章小结

第4章基于观测器的MAS分布式自适应包容控制器设计

4．1引言

4．2问题描述

4．3基于观测器的自适应故障参数估计器的设计

4．4完全的分布式自适应容错包容控制器的设计

4．5仿真算例

4．6本章小结

第5章基于输出信息的MAS分布式自适应容错包容控制器设计

5．1引言

5．2问题描述

5．3基于观测器的自适应故障参数估计器的设计

5．4分布式自适应容错包容控制器的设计

5．5仿真算例

5．6本章小结

第6章总结与展望

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所做的主要工作