CN108427284A - 一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其包含如下步骤:1)确定多智能体的拓扑结构，获取智能体之间的信息传输关系；2)分别获取邻接矩阵和可达性矩阵，确定智能体之间信息的权重关系；3)求解某一优化函数，获得控制协议，基于滚动优化策略，在一个采样周期内顺序更新每一智能体的控制律，下一个周期开始新的循环，其控制策略实质是一类多速率控制策略。本发明可以广泛应用在多智能体协调一致性控制中。

Description

一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法

常规预测控制，多速率，子系统之间通信，引入加权因子

技术领域

本发明设计一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，属于控制科学与工程领域。

背景技术

多智能体系统是由具有计算、传感通讯和移动能力的自主智能体通过网络通信而关联成的大系统。智能体之间进行信息传递。虽然单个系统的处理能力有限，但整体的关联系统能以协调的方式完成各种各样的空间分布传感任务，例如任务分配、负荷传输，角色指派、搜寻和营救、监察、环境探测和开发等。

随着多智能体系统的广泛应用，如编队、聚集、覆盖和协调跟踪等分布式协调控制也备受国内外研究人员的青睐。采用分布式控制方式能够把整个系统的优化问题分散到各个子系统中去解决，适用于各子系统间动态独立的对象。设计分布式控制器从而实现所期望的协调行为成为研究的热点。现有的大部分成果分别从智能体模型、网络拓扑、所采用的控制方案以及所完成的协调任务等不同的视角出发，探讨丰富多彩的多智能体协调控制问题。现有的控制方法主要采用集中控制，分布式控制等方式，各智能体同步更新控制律。但是由于智能体之间彼此耦合影响，尤其是基于串联结构的多智能体系，随着信息的有向传递，在单个智能体的控制输入更新的同时会对相邻子系统产生影响，从而影响这个系统的控制性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一类确定性拓扑结构的多智能体系统为的协调控制方法，提高多智能体系统的协调一致性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其包括以下步骤：

1)确定多智能体的拓扑结构，获取智能体之间的信息传输关系；

2)分别获取邻接矩阵和可达性矩阵，确定智能体之间信息的权重关系；

3)求解某一优化函数，获得控制协议。

所述步骤2)，由于相邻智能体的信息权重不同，在优化函数设计过程中，基于可达性矩阵针对不同路径长度的信息引入加权因子，强调对当前智能体影响较大的智能体的信息。

所述步骤3)基于预测控制原理，在一个输出采样周期T内，顺序求解并更新每一个智能体的控制律，每个控制律更新的周期为T/M，在下一个周期开始新的循环，其实质是一类多速率控制策略。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)本方法针对具有串联结构的多智能体系统，采用多速率控制策略，能够有效的降低信息的传输负担；

(2)控制协议的设计，不仅获取邻接矩阵的信息，更是能够通过邻接矩阵获取其相邻的其他智能体的信息，有助于多智能体系统的整体协调性的提高。

(3)引入加权因子，使得智能体系统能够有效的区分接收信息的权重，提高整个系统的协调一致性。

具体实施方式

本发明的一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，包括以下步骤：

1)确定拓扑结构，智能体信息的传输关系

针对M个多智能体系统，考虑第i个智能体的离散时不变系统系统模型

x_{i_k+1}＝A_ix_{i_k}+B_iu_{i_k}

y_{i_k}＝C_ix_{i_k}+D_iu_{i_k}

其中x_i,y_i,u_i分别是系统的状态，输出和输入，A_i,B_i,C_i,D_i是相应维数的矩阵。其邻接矩阵为A＝[a_ij]。M个智能体之间存在即一个信息交换网络G{ν ε A}，由节点集合ν＝[i,i＝1,...,M]，边集合ε＝ν×ν和邻接矩阵A＝[a_ij]∈组成，A是具有非负元素的邻接矩阵，a_ij≥0，"ij"，对代表智能体i能够直接从j获得信息。否则a_ij＝0，我们假设拓扑图中没有自回归项，即a_ii＝0，如果存在一个智能体能够将信息传送到所有的其他智能体，则拓扑图中包含一颗生成树。

2)设定优化函数，确定相邻智能体之间信息的权重关系

根据状态方程(1)，u_i(k)为k时刻的控制律，通过优化如下目标函数求解。

其中为参考输出，λ_i＞0为给定的常数，l为可达性矩阵的路径长度。

3)求解优化函数，获得控制协议。

令

求得k时刻控制律

其中：

上述实施例仅用于说明本发明，其中各方法的实施步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其包含如下步骤

1)确定多智能体的拓扑结构，获取智能体之间的信息传输关系；

2)分别获取邻接矩阵和可达性矩阵，确定智能体之间信息的权重关系；

3)求解某一优化函数，获得控制协议。

2.如权利要求1所述的一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其特征在于：所述步骤1)控制协议的设计，不仅接受邻接智能体的信息，同时能够通过邻接智能体获得更多智能体的信息，控制协议包含了邻接矩阵，同时包含可达性矩阵参数。

3.如权利要求1所述的一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其特征在于：所述步骤2)和3)针对智能体i在控制协议设计过程中，获取的邻接智能体的信息以及通过邻接矩阵获得其他智能体的信息对当前智能体的影响权重不同，引入加权因子进行区别，提高智能体的协调一致性。

4.如权利要求1所述的一类串联结构多智能体系统协调一致性控制方法，其特征在于：所述步骤3)，基于预测控制原理，在一个输出采样周期T内，顺序求解并更新每一个智能体的控制律，每个控制律更新的周期为T/M，在下一个周期开始新的循环，其实质是一类多速率控制策略。