【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于最优控制、非周期通信和分布式控制的交叉，尤其涉及一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统及方法。
技术介绍
1、大规模、广域分布的多机器人系统的编队控制通常采用分布式架构，相对集中式架构具有更强的容错能力和鲁棒性，不需要大算力、高实时性的中控平台和高速率、高吞吐量的通信网络来支撑。相对集中式控制，分布式控制的主要缺陷是难以保证全局最优性。多机器人系统在弱通信条件和电子战环境下通常面临网络带宽受限和节点能量受限的问题，例如：在电磁频谱战环境，频谱带宽资源会被敌方干扰机恶意占用或者投放诱饵欺骗，分配给雷达、通信、导航设备的可用、安全的带宽资源非常有限。例如水下通信组网受声波反射、折射和衰减特性和多径效应的影响，在1～10km的短距离通信中，水声通信带宽仅约几万赫兹，在10～100km的远距离通信中，带宽仅几千赫兹。水声通信节点的发射功率通常需比陆地无线通信设备高一个数量级，而且水下通信节点很难充电或更换电池，造成水下通信场景的带宽极窄、通信能量短缺。面向多机器人协同控制的事件触发通信机制，可依据控制任务的实际需求调整通信频率，减少网络带宽的占用，降低通信设备的能耗。
2、多机器人系统编队控制问题是典型的多智能体系统分布式控制问题。目前对多智能体系统的最优控制问题的研究主要针对包含过程状态代价和过程控制代价的二次目标函数，对同时包含过程状态代价和过程控制代价和状态-控制交叉代价的二次目标函数下的分布式最优控制问题及其事件触发条件设计问题鲜有涉及。文献(k. h. movric and f.l. lew
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统及方法。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，包括分布式最优控制模块和事件触发一致性协议模块；
3、事件触发一致性协议模块：给出事件触发通信机制下可实现多智能体系统领导者-跟随一致性的事件触发条件，智能体每个采样周期均检查事件触发条件是否满足，以确定智能体的非均匀通信时刻；
4、分布式最优控制模块：基于确定的智能体的非均匀通信时刻，通过最小化关于过程状态代价、控制代价和状态-控制交叉代价的二次目标函数和矩阵分解，给出周期通信机制下全局最优分布式控制律的解析表达式，并给出全局最优分布式控制律的反馈矩阵需满足的矩阵方程组，反馈控制律可分布式实施且能使全局性能指标达到最优。
5、进一步地，通过目标函数权矩阵分解和子矩阵方程组求解，得到全局最优分布式控制律；所述同构多智能体系统的智能体的模型表示为：
6、（1）；
7、多智能体系统模型表示为：
8、（2）；
9、其中为多智能体系统在时刻的维状态向量，上标t表示转置操作；，为智能体的维状态向量；多智能体系统中智能体的数量为n+1；为维控制输入，为智能体的维控制输入，和分别为智能体的维系统矩阵和维的控制矩阵，为维单位矩阵，表示克罗内克积；
10、多智能体系统最优控制的目标是最小化过程状态代价和控制代价和状态-控制交叉代价；定义同构多智能体系统的无限时间二次目标函数为：
11、（3）；
12、其中，权矩阵为的半正定矩阵；权矩阵为的矩阵；权矩阵为的正定矩阵；
13、通过极大值原理可求出使二次目标函数达到最小的全局最优控制律：
14、（4）；
15、正定矩阵是满足如下矩阵黎卡提方程的唯一解：
16、（5）；
17、若矩阵，，分解为如下形式：
18、；；（6）；
19、设计子矩阵满足矩阵方程组：
20、；；（7）；
21、（8）；
22、其中为耦合系数，为多智能体系统的拉普拉斯矩阵，即
23、；（9）；
24、其中，，表示多智能体系统的通信拓扑结构，如果智能体向智能体发送状态信息则称智能体是智能的邻居且，否则；集合为向智能体的邻居智能体构成的集合；
25、矩阵黎卡提方程变为：
26、（10）；
27、即权矩阵满足：
28、（11）；
29、则全局最优分布式控制律可分布式计算和实施，即：
30、（12）；
31、其中为局部反馈矩阵，智能体的局部反馈控制律表示为：
32、（13）；
33、其中，表示智能体的邻居智能体的状态；
34、局部反馈的闭环多智能体系统模型表示为：
35、（14）。
36、进一步地，通过领导者-跟随通信拓扑结构和局部反馈控制实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；即
37、（15）；
38、其中为领导者状态；智能体的局部反馈控制律表示：
39、（16）；
40、其中，，，表示领导者-跟随通信拓扑结构，若领导者向智能体发送状态信息，则，否则；
41、当子矩阵满足：
42、（17）；
43、其中矩阵；子矩阵满足矩阵方程组(8)和(11)，则分布式控制律相对二次目标函数是最优的。
44、进一步地，通过事件触发通信条件计算非均匀通信时刻，通过状态估计误差构造分布式事件触发条件和随时间衰减的阈值，实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；
45、构造智能体的事件触发条件：
46、（18）；
47、其中状态估计误差：
48、（19）；
49、其中是智能体的状态估计值，阈值为随时间衰减到0的递减函数，即满足
50、（20）；
51、在以设定的采样频率检本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，包括分布式最优控制模块和事件触发一致性协议模块；
2.根据权利要求1所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过目标函数权矩阵分解和子矩阵方程组求解，得到全局最优分布式控制律；所述同构多智能体系统的智能体的模型表示为：
3.根据权利要求2所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过领导者-跟随通信拓扑结构和局部反馈控制实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；即
4.根据权利要求3所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过事件触发通信条件计算非均匀通信时刻，通过状态估计误差构造分布式事件触发条件和随时间衰减的阈值，实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；
5.根据权利要求4所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，当智能体的事件不触发时，智能体的邻居通过不依赖实时控制信息的闭环预测方法估计智能体的状态；对智能体的系统模型以周期进行一阶离散化，得到：
6
7.一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制方法，其特征在于，包括：
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器与所述处理器耦接；其中，所述存储器用于存储程序数据，所述处理器用于执行所述程序数据以实现权利要求7所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制方法。
9.一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，所述程序被处理器执行时实现如权利要求7所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求7任一所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制方法。
...【技术特征摘要】
1.一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，包括分布式最优控制模块和事件触发一致性协议模块；
2.根据权利要求1所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过目标函数权矩阵分解和子矩阵方程组求解，得到全局最优分布式控制律；所述同构多智能体系统的智能体的模型表示为：
3.根据权利要求2所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过领导者-跟随通信拓扑结构和局部反馈控制实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；即
4.根据权利要求3所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，通过事件触发通信条件计算非均匀通信时刻，通过状态估计误差构造分布式事件触发条件和随时间衰减的阈值，实现多智能体系统的领导者-跟随一致性；
5.根据权利要求4所述的一种同构多智能体系统的事件触发分布式最优控制系统，其特征在于，当智能体的事件不触发时，智能体的...
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