[發明專利]一種多重信息約束下的多智能體一致性協同控制方法

有效

• 申請號: 202011644773.5
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112596395B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 金龍;羅辛;齊一萌
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種多重信息約束下的多智能體一致性協同控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟：

S1：將多智能體的各個智能體作為通信節點建立通信拓撲；

S2：針對每個智能體在多智能體通信拓撲中連通關系制定一致性協同方案，各個智能體根據通信拓撲相互通訊，從而獲取鄰居節點的狀態信息；

S3：結合多智能體的具體工作環境和自身約束條件限制，建立多智能體的多重信息約束條件；

S4：在多重信息約束條件下，每個智能體根據自身及鄰居節點的狀態信息計算期望穩態跟蹤誤差，并根據一致性協同控制的性能得失設計性能函數指標對跟蹤誤差進行性能變換，得到變換后的誤差模型；

S5：根據變換后的誤差模型，結合最優化穩定狀態以及多智能體內協同控制的指令信號，實現多重信息約束下多智能體一致性協同控制；

其中，步驟S2所述的制定一致性協同方案具體為：

S201：根據多智能體內通信協議設計需求確定通信拓撲圖；

S202：根據通信拓撲圖確定鄰接矩陣A，度矩陣D和拉普拉斯矩陣L；

S203：由矩陣信息確定的通信規則，進一步制定各智能體的狀態一致性協同方案；

進一步，步驟S201所述的通信拓撲圖由節點信息V和邊信息E構成，其中，各個智能體節點集合V＝{v_j|j＝1，…，p}，各個智能體之間連通關系集合E＝{(v_j，v_k)|v_j∈V，v_k∈V}，p≥2為多智能體中智能體的個數；

進一步，步驟S202所述的鄰接矩陣其中，當(v_j，v_k)∈E時，a_jk＝1，否則a_jk＝0；所述的度矩陣其中，diag(·)為對角化操作；所述的拉普拉斯矩陣

進一步，步驟S203所述的通信規則為連通關系；所述的各智能體采用一階微分模型進行狀態描述；所述的第j個智能體的一致性協同方案為其中，為m維的第j個智能體的狀態信息，N_j為與第j個智能體相鄰的智能體節點集合；所述的智能體的一致性協同方案可進一步寫成緊湊形式為其中，為張量積，I_m為m維單位矩陣；

步驟S3所述的多重信息約束條為線性約束條件和飽和約束條件兩類，具體地：結合實際場景的通信過程與信道模型，在節點v_j的狀態信息經過通信通道傳遞到節點v_k的過程中，線性約束條件為信號因散射、環境惡化、時滯或其他對通信鏈路的影響引發的衰減飽和約束條件為第j個智能體的信號失真、驅動功率限制以及測量量程限制Γ_j(·)；所述的多智能體的多重信息約束條件形式為：

所述的步驟S4具體為：

S401：多智能體根據自身及鄰居節點的狀態信息計算期望其中，Z為滿足的解，*為卷積，H＝(h_jk)_{1j≤mp，1kmp}為通信的信道矩陣；

S402：多智能體根據自身及鄰居節點的狀態信息計算期望穩態跟蹤誤差e＝Z-Y；

S403：設計用于評估多智能體一致性精度的性能函數指標：F＝(Z-Y)^TS°(Z-Y)/2；其中，為正定權重矩陣；

S404：將多智能體的性能函數指標與多重信息約束條件下的通信規則相結合進行性能變換，得到一個二次規劃問題；

S405：針對二次規劃問題設計求解器，得到誤差模型；

進一步，步驟S404所述的二次規劃問題的一般形式為：最小化F，約束條件為和Z∈Γ；進一步，變換等價形式為：最小化(t-y)^TS(t-y)/2，約束條件為Ls＝0、s＝H*t以及t＝Γ(z)；進一步，變換緊湊形式為：最小化(Γ(z)-y)^TS(Γ(z)-y)/2+β·(H*Γ(z))^T·L·(H*Γ(z))/2，約束條件為L·(H*Γ(z))＝0；其中，分別為矩陣Z、Y的向量化，β＞0為放縮系數，Γ(·)為對應的飽和約束的向量化表示，I_p為p維單位矩陣；

進一步，步驟S405所述的求解器設計為：

其中，為求解器的放縮參數，為Γ(z)對z向量的導數，·表示將mp維的列向量復制擴展成mp×mp為的矩陣，為哈達瑪積，δ為約束條件所對應的拉格朗日乘子。

2.根據權利要求1所述的一種多重信息約束下的多智能體一致性協同控制方法，其特征在于，步驟S1所述的通信拓撲根據多智能體內部信息流通與交換的需求設定為有向型或無向型中的一種，或者根據多智能體的連接關系設置領導-跟隨者通信連通、鄰居通信連通、指定對象通信連通的連接方式中的一種或多種，又或者根據多智能體的應用規模、最優化控制、功率能量消耗的信息選取固定拓撲結構和切換拓撲結構中的一種。