一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法技术

本发明专利技术提供了一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，涉及信息技术领域。本发明专利技术首先通过构造多智能体网络拓扑图，给定系统的状态方程和加权平均信号，然后根据动力学方程和控制目标设计分布式控制律，最后分析该算法的收敛性。该方法可以仅利用智能体邻居过去的状态信息使得所有智能体的状态跟踪上多个时变信号的加权平均值。跟踪加权信号的平均值往往更符合实际的需要。当所有信号的权重都相同时，分布式加权平均跟踪降级为分布式平均跟踪，因而本发明专利技术的技术比一般的分布式平均跟踪方法更具一般性，可应用于智能电网、传感器融合等诸多领域。此发明专利技术不仅具有深刻的理论价值，而且还具有丰富的实际意义。而且还具有丰富的实际意义。而且还具有丰富的实际意义。

【技术实现步骤摘要】
一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法


[0001]本专利技术涉及信息
，尤其涉及一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法。

技术介绍

[0002]随着通信和计算技术的进步，多智能体系统的分布式协同控制得到了越来越多的关注，并在过去的几十年里得到了广泛的研究。分布式平均跟踪作为一类重要的协同控制问题，近年来因其在分布式优化、智能电网、传感器融合等诸多领域的广泛应用而备受关注。分布式平均跟踪的目标是仅利用局部信息使得所有智能体跟踪上多个时变信号的平均值，其中每个智能体仅可以访问自己的时变信号。恒定信号下的分布式平均跟踪被降级为静态平均一致性，与静态平均一致性相比，分布式平均跟踪更具一般性和挑战性，因为期望的轨迹(即多个时变信号的平均值)是时变的，对任何智能体来说都是未知的。
[0003]然而，在实际中多智能体系统通常会受到通信时延的影响，时延会使系统的稳定性变差。对于时延的处理，有很多学者做了大量的研究，但是已有研究中所能跟踪的信号都只是参考信号的平均值。在实际中要跟踪的信号往往不是时变信号的平均值，所以本专利技术提出了一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，该方法可以仅利用智能体邻居过去的状态信息使得所有智能体的状态跟踪上多个时变信号的加权平均值。跟踪加权信号的平均值往往更符合实际的需要。当所有信号的权重都相同时，分布式加权平均跟踪降级为分布式平均跟踪，因而本专利技术的研究比分布式平均跟踪的研究更加广泛。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法。与现有技术相比，本专利技术提供的带有通信时延的分布式平均跟踪方法更加符合实际状况，更具有一般性，在实际应用方面具有重要的价值。
[0005]一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：构造多智能体网络拓扑图，其网络拓扑图是无向连通图其中，表示n个节点的集合，表示边的集合，表示邻接矩阵，表示n
×
n维实数矩阵的集合；所述邻接矩阵中，如果节点i,j之间有边相连，则a
ij
＝a
ji
＝1，否则a
ij
＝a
ji
＝0；
[0007]步骤2：给定系统的状态方程；考虑一个包含n个智能体的多智能体系统，它们在无向图上进行信息交互，其中智能体由以下单积分器动力学描述：
[0008][0009]其中，和分别代表第i个智能体的状态和控制输入,表示实数集合。
[0010]步骤3：给定加权平均信号。第i个智能体的时变参考信号为r
i
(t)，目标是要使每
个智能体在有通信时延的情况下跟踪上如下时变加权参考信号：
[0011][0012]其中，ω
i
>0代表第i个参考信号的权重。当所有权重都相同时，分布式加权平均跟踪降级为分布式平均跟踪。
[0013]步骤4：根据动力学方程和控制目标设计分布式控制律u
i
(t)：
[0014][0015][0016]初始条件应满足如下条件：
[0017][0018][0019]其中，z
i
(t)表示第i个智能体的辅助变量，τ(t)表示时变的通信时延，参数α>0，β>0，x
i
(0)表示第i个智能体的初始条件，r
i
(0)表示第i个智能体参考信号的初始条件，z
i
(0)表示第i个智能体辅助变量的初始条件。
[0020]步骤5：收敛性分析；根据如下误差函数
[0021][0022]构造李雅普诺夫函数，得到一个使得李雅普诺夫函数的导数小于0的线性矩阵不等式条件，当满足一致性的时候，系统就可以跟踪上参考信号的加权平均值。
[0023]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
[0024]本专利技术提供了一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法。该方法所设计的分布式控制律可以有效解决通信延时的问题，并且可以跟踪上任意的加权平均信号，在实际应用中更具有一般性。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的具体有益技术效果在于：(1)能够解决智能体之间的通信时延问题，从而提高系统的鲁棒性。(2)所设计的控制律可以使得所有智能体的状态跟踪上任意的加权平均信号，相较于一般的分布式平均跟踪方法来说适用的范围更广泛，具有更高的可行性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例中提供的分布式加权平均跟踪控制方法框图；
[0027]图2为本专利技术实施例中建立的多智能体网络拓扑结构示意图；
[0028]图3为本专利技术实施例中采用所设计的分布式控制律得到的智能体状态轨迹图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图并举实例对本专利技术进行详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0030]一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0031]步骤1：构造多智能体网络拓扑图，其网络拓扑图是无向连通图其中，表示n个节点的集合，表示边的集合，表示邻接矩阵，表示n
×
n维实数矩阵的集合；所述邻接矩阵中，如果节点i,j之间有边相连，则a
ij
＝a
ji
＝1，否则a
ij
＝a
ji
＝0。
[0032]本实施例中构造无向连通拓扑图，结构如图2所示。其中，标号为1、2、3、4、5、6的节点分别代表6个智能体。
[0033]步骤2：给定系统的状态方程。考虑一个包含n个智能体的多智能体系统，它们在无向图上进行信息交互，其中智能体由以下单积分器动力学描述：
[0034][0035]其中，和分别代表第i个智能体的状态和控制输入,表示实数集合。
[0036]步骤3：给定加权平均信号。第i个智能体的时变参考信号为r
i
(t)，目标是要使每个智能体在有通信时延的情况下跟踪上如下时变加权参考信号：
[0037][0038]其中，ω
i
>0代表第i个参考信号的权重。当所有权重都相同时，分布式加权平均跟踪降级为分布式平均跟踪。
[0039]步骤4：根据动力学方程和控制目标设计分布式控制律u
i
(t)：
[0040][0041][0042]初始条件应满足如下条件：
[0043][0044][0045]其中，z
i
(t)表示第i个智能体的辅助变量，τ(t)表示时变的通信时延，参数α>0，β>0，x
i
(0)表示第i个智能体的初始条件，r
i
(0)表示第i个智能体参考信号的初始条件，z
i
(0)
表示第i个智能体辅助变量的初始条件。
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构造多智能体网络拓扑图；步骤2：给定系统的状态方程；步骤3：给定加权平均信号；第i个智能体的时变参考信号为r
i
(t)，目标是要使每个智能体在有通信时延的情况下跟踪上时变加权参考信号；步骤4：根据动力学方程和控制目标设计分布式控制律u
i
(t)；步骤5：收敛性分析；构造李雅普诺夫函数，得到一个使得李雅普诺夫函数的导数小于0的线性矩阵不等式条件，当满足一致性的时候，系统就实现跟踪上参考信号的加权平均值。2.根据权利要求1所述的一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，其特征在于，步骤1中所述网络拓扑图是无向连通图其中，表示n个节点的集合，表示边的集合，表示邻接矩阵，表示n
×
n维实数矩阵的集合；所述邻接矩阵中，如果节点i,j之间有边相连，则a
ij
＝a
ji
＝1，否则a
ij
＝a
ji
＝0。3.根据权利要求1所述的一种带有通信时延的分布式加权平均跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为，考虑一个包含n个智能体的多智能体系统，它们在无向图上进行信息交互，其中智能体由以下单积分...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈飞，张力太，项林英，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：