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不确定多智能体系统的分布式自适应一致性控制

期刊:CRC PressDOI:10.1201/9781003394372

这篇文档属于类型c(其他类型文档),其内容是一本名为《Distributed Adaptive Consensus Control of Uncertain Multi-Agent Systems》的学术专著的序言、目录及部分章节内容框架。以下是对文档主要内容的梳理和关键点提取:


专著概述

作者及机构
- Wei Wang(北京航空航天大学)
- Jiang Long(西北工业大学)
- Jiangshuai Huang(重庆大学)
- Changyun Wen(南洋理工大学)
出版信息:由CRC Press于2025年首次出版,属于“Automation and Control Engineering”丛书。

核心主题

专著聚焦多智能体系统(Multi-Agent Systems, MAS)分布式自适应一致性控制(Distributed Adaptive Consensus Control),针对系统不确定性(uncertainties)、有向通信拓扑(directed communication graph)、有限时间收敛(finite-time convergence)和事件触发通信(event-triggered communication)等挑战提出创新性解决方案。


主要内容框架

1. 研究背景与动机

  • 多智能体系统的应用场景:移动机器人网络、智能交通管理、多航天器协同等。
  • 一致性控制(Consensus Control)的核心问题:通过分布式算法实现状态/输出的同步,是群体协同(如编队、包围控制)的基础。
  • 现存挑战
    • 不确定性:参数未知、未建模动态和外部干扰。
    • 有向通信拓扑:拉普拉斯矩阵(Laplacian matrix)不对称导致分布式自适应律设计困难。
    • 有限时间收敛:传统渐近收敛无法满足实际需求。
    • 通信资源限制:事件触发机制可减少冗余通信。

2. 专著结构

专著分为四大部分,共11章:

第一部分:有向图下的共识控制(Chapters 3–5)
- Chapter 3:针对具有线性参数化参考轨迹的高阶非线性多智能体系统,提出分布式自适应状态反馈控制方案。
- Chapter 4–5:通过辅助滤波器(auxiliary filters)分层分解(hierarchical decomposition)方法,放宽对参考轨迹的参数化假设。

第二部分:有限时间共识控制(Chapter 6)
- 针对非线性机械系统,设计自适应有限时间控制器,明确收敛时间表达式,解决传统自适应控制无法实现有限时间收敛的问题。

第三部分:事件触发通信下的共识控制(Chapters 7–9)
- Chapter 7–8:分别研究领导者-跟随者(leader-following)无领导者(leaderless)场景,基于状态反馈设计触发条件。
- Chapter 9:针对异构线性系统,提出输出反馈(output feedback)事件触发控制方案。

第四部分:应用案例(Chapters 10–11)
- Chapter 10:非完整移动机器人(nonholonomic mobile robots)的编队控制。
- Chapter 11:多航天器姿态同步(attitude synchronization),结合事件触发通信。

3. 关键技术与创新点

  • 有向图下的自适应控制:通过引入虚拟参考系统和分层设计,解决拉普拉斯矩阵不对称问题。
  • 有限时间收敛分析工具:结合自适应控制与有限时间Lyapunov理论,明确收敛时间边界。
  • 事件触发机制设计:基于局部状态变化率设计触发条件,避免连续通信。
  • 实验验证:在移动机器人和航天器网络中验证理论成果。

4. 学术价值与应用意义

  • 理论贡献
    • 为不确定非线性多智能体系统提供系统的分布式自适应控制框架。
    • 填补有向图、有限时间收敛和事件触发通信结合的研究空白。
  • 应用价值
    • 适用于资源受限的实际系统(如无人机编队、卫星集群)。
    • 节省通信带宽,提升系统鲁棒性。

亮点总结

  1. 问题覆盖面广:从参数不确定性到通信约束,系统化解决多智能体协同的核心难点。
  2. 方法创新性
    • 分层分解技术简化有向图下的控制器设计。
    • 事件触发条件仅依赖本地信息,实现完全分布式(fully distributed)控制。
  3. 实验支撑:通过机器人及航天器案例验证理论的实用性。

补充说明

  • 读者定位:控制理论研究者、工程师、高年级研究生。
  • 丛书关联:本书属于CRC出版社“Automation and Control Engineering”系列,该系列涵盖自动控制领域的前沿课题。

(注:由于文档仅为专著的部分框架,未包含完整研究方法与实验细节,故按类型c提取主干内容。)

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