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专利号: 2022102528651
申请人: 广州大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法,其特征在于,包括:构建具有切换拓扑且在随机噪声干扰下多智能体系统的高阶线性多智能体系统模型,包括:构建在随机噪声干扰下多智能体系统的连续时间高阶线性多智体系统模型:,

yji(t)=xi(t)+gij(xi(t)‑xj(t))ξij(t),其中, 为连续时间线性多智能体系统的状态向量, 为邻居智能体的状态向量, 为 的求导, ;为系统矩阵;为控制矩阵; 为第 个智能体控制输入, ;yji(t)表示智能体 对智能体 的测量关系;gij(·)为噪声强度函数,表示 到 的映射,存在一个常数 > 0,使任意向量满足||gij(x)||≤ε||x||;ξij(t)是随机测量噪声,其过程满足以下条件:,

其中,ξij(s)是被积函数, 为积分变量, 为被积表达式,对其在0到t时间内求积分可得wij(t),wij(t)为独立的布朗运动, ;

根据所述高阶线性多智能体系统模型,设计具有切换拓扑的分布式随机共识的所述多智能体系统的控制协议,具体为:其中, 为第 个智能体的控制输入, ;为耦合强度; 为控制增益矩阵; 为连续时间线性多智能体系统的状态向量, 表示各个切换拓扑图中智能体之间的通信权重, ; 表示智能体 对智能体的测量关系;

根据控制协议构建切换拓扑图,利用切换拓扑图获取多智能体系统中各个智能体之间的通信关系,根据所述通信关系确认所述多智能体系统的通信拓扑关系;

根据所述通信拓扑关系定义误差变量,选取李雅普诺夫函数并对所述李雅普诺夫函数对时间进行求导和求期望;

设计耦合强度和控制增益矩阵,确认李雅普诺夫函数求期望后的最简式,得到稳定的多智能体系统;所述控制增益矩阵K为:,

其中,P是代数黎卡提方程 的唯一正定解,A和B分别为系统中的系统矩阵和控制矩阵,且A,B是稳定的,Q是一个正定矩阵。

2.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法,其特征在于,所述耦合强度c的区间范围为:其中, 为特征值, 为第二小的特征值,λmin为最小特征值,λmax为最大特征值,为全部切换拓扑图连通的拉普拉斯矩阵,N为节点个数,为噪声强度系数。

3.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法,其特征在于,所述根据所述通信拓扑关系定义误差变量,包括:定义误差变量

其中, IN为N×N的单位矩阵, ,其内部元素全为1/N,In为n×n的单位矩阵,x(t)为连续时间线性多智能体系统的状态向量。

4.根据权利要求1所述的一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法,其特征在于,所述设计具有切换拓扑的分布式随机共识的所述多智能体系统的控制协议,包括:设G = (V, E, A)是一个加权有向图,其中V ={1,2,…,N}为节点集;E⊆V ×V为边缘N×N集;加权邻接矩阵A = [aij]∈R 表示图的结构;加权有向图G的一条边用(i, j)表示,表示从节点i到节点j的单向信息传输,设定智能体i为节点i,设定智能体j为节点j;若节点j与i之间存在信息通信,则表示为aij = 1,否则表示aij = 0;若当G是一个无向图时,(i, j)是一个双向的信息传输过程,节点间的通信是双向的,即智能体间的信息是双向的。

5.一种实施权利要求1‑4任一项所述的切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法的系统,其特征在于,包括:系统模型构建模块,用于构建具有切换拓扑且在随机噪声干扰下多智能体系统的高阶线性多智能体系统模型,包括:构建在随机噪声干扰下多智能体系统的连续时间高阶线性多智体系统模型:,

yji(t)=xi(t)+gij(xi(t)‑xj(t))ξij(t),其中, 为连续时间线性多智能体系统的状态向量, 为邻居智能体的状态向量, 为 的求导, ,为系统矩阵;为控制矩阵; 为第 个智能体控制输入, ; 表示智能体 对智能体 的测量关系;gij(·)为噪声强度函数,表示 到 的映射,存在一个常数 > 0,使任意向量满足 ;ξij(t)是随机测量噪声,其过程满足以下条件:其中,ξij(s)是被积函数, 为积分变量, 为被积表达式,对其在0到t时间内求积分可得wij(t),wij(t)为独立的布朗运动, ;

控制协议设计模块,用于根据高阶线性多智能体系统模型,设计具有切换拓扑的分布式随机共识的所述多智能体系统的控制协议,具体为:其中, 为第 个智能体的控制输入, ;为耦合强度; 为控制增益矩阵; 为连续时间线性多智能体系统的状态向量, 表示各个切换拓扑图中智能体之间的通信权重, ; 表示智能体 对智能体的测量关系;

拓扑关系确认模块,用于根据控制协议构建切换拓扑图,利用切换拓扑图获取多智能体系统中各个智能体之间的通信关系,根据所述通信关系确认所述多智能体系统的通信拓扑关系;

期望求解模块,用于根据所述通信拓扑关系定义误差变量,选取李雅普诺夫函数并对所述李雅普诺夫函数对时间进行求导和求期望;

稳定多智能体系统获取模块,用于设计耦合强度和控制增益矩阵,确认李雅普诺夫函数求期望后的最简式,得到稳定的多智能体系统;所述控制增益矩阵K为:,

其中,P是代数黎卡提方程 的唯一正定解,A和B分别为系统中的系统矩阵和控制矩阵,且A,B是稳定的,Q是一个正定矩阵。

6.一种计算机装置,包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时,实现如权利要求1‑4中任一项所述的一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法。

7.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时执行如权利要求1‑4中任一项所述的一种切换拓扑下的随机多智体系统控制协议的设计方法。