[发明专利]一种二阶多智能体系统的领导-跟随比例一致性控制方法

权利要求书

1.一种二阶多智能体系统的领导-跟随比例一致性控制方法，其特征在于，所述方法根据网络的拓扑结构确定跟随智能体与领导者，确定以领导者为根节点的有向生成树结构；其次根据期望实现多智能体状态比例关系，为跟随智能体选择比例参数，使二阶多智能体状态达到预期指定比例关系；最后在一个或多个跟随智能体能获取领导者信息的情况下，设计多智能体的领导-跟随比例一致性协议，实现跟随智能体的状态以一定的比例严格跟随领导者的状态，所有跟随智能体的状态实现比例一致性；

所述设计多智能体的领导-跟随比例一致性协议的方法如下：

领导-跟随二阶多智能体系统的动力学模型为：

其中，标号为N+1的智能体为领导者；标号1,2,…,N的智能体为跟随者；q_i(t),p_i(t)，i＝1,2,…,N为t时刻智能体i的状态；u_i(t)为每个智能体的控制输入信息，i＝1,2,…,N；q_N+1(t)和p_N+1(t)是领导者的状态信息；f(·,·,·)为关于t分段连续，并且关于q_N+1(t)和p_N+1(t)局部Lipschitz；

领导-跟随的比例一致性协议能保证跟随智能体的状态以预期设置的比例严格跟随领导者的状态，所有跟随智能体的状态实现比例一致性；也就是说随着t→∞，有和领导-跟随的比例一致性协议为：

其中k_si＞0，k_vi＞0，a_ij为邻接矩阵A＝(a_ij)_N*N中第(i,j)个对应的项；若第i体跟随智能体能获取到领导者的信息，那么a_i(N+1)＝1，否则a_i(N+1)＝0；β_i，i＝1,2,...,N是智能体i的预先设置的比例系数。

2.根据权利要求1所述的一种二阶多智能体系统的领导-跟随比例一致性控制方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：

(1)考虑多智能体通讯网络拓扑结构，其中只有一个或多个跟随智能体能获取领导者信息，且存在一簇以领导者为根节点的有向生成树，即领导者有一条有向通路通往所有跟随智能体；确定以领导者为根节点的有向生成树结构；

(2)为实现二阶多智能体状态达到预期指定比例关系，预先为跟随智能体设置比例参数，使多智能体系统状态能达到期望的比例关系；

(3)为跟随智能体个体设计多智能体的领导-跟随比例一致性协议，从而实现跟随智能体的状态以预先设置的比例参数严格跟随领导者的状态，使跟随智能体的状态实现比例一致性。

3.根据权利要求1所述的一种二阶多智能体系统的领导-跟随比例一致性控制方法，其特征在于，所述确定以领导者为根节点的有向生成树结构的方法如下：

应用图论的方法表示多智能体之间的通信关系，描述二阶多智能体系统的通信拓扑模型用有向图G＝(V,E,A)表示，

其中，V是一系列节点集，前N个节点表示跟随智能体，第N+1个节点表示领导者；是边集；A＝[a_ij]∈R^n×n，a_ij≥0是有向图G的邻接矩阵；

在有向图G中，e_ij＝(i,j)∈E定义的是从节点j指向节点i的边的方向；

智能体i的邻居定义为N_i＝{j∈V:(i,j)∈E}；

若节点i能直接接收到节点j的信息，那么a_ij＞0，否则a_ij＝0；有向图G含有一簇有向生成树当且仅当G至少有一个节点存在有向通路通往其他所有节点；有向路径是一系列边集所形成的序列，表示节点之间的连接关系；

如果在一个有向网络中存在至少有一个智能体、有一条有向路径通往其它任意智能体，那么就说这个有向图中存在有向生成树；

在有向图G中，若存在一簇以领导者为根节点的有向生成树，意味着领导者有一条有向通路通往所有跟随智能体。