[发明专利]马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法及系统

说明书

本发明的一种马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法及系统，可解决即使存在外部的扰动，智能体之间通信的不确定性导致相互耦合的智能体之间很难被同步控制的技术问题。由于拓扑的切换性质，本发明通过构造一系列拓扑图形，让有限个拓扑的联合图是连通的；再通过设计网络拓扑的切换，让每一拓扑都有一定的概率能够被选中；最后通过设计合适的控制器，最终达到期望意义下的二分同步。本发明能够以指数速率让系统达到同步，而且能够对外部的干扰也有相应的控制效果，本发明可适用于无人机的编队控制，机器人的协同工作等。

技术领域

本发明涉及多智能体系统控制技术领域，具体涉及一种马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法及系统。

背景技术

多智能系统的同步问题有许多现象，比如分布式传感器、分布式计算、生物群集等；但是在实际应用中，更希望能考虑二分同步。所谓二分同步指的是多智能体分为两类，每一类中的智能体都趋于同步，不同类之间的智能体趋于相反数。二分同步问题是多智能体协同控制中的一个热门方向，具有一定的挑战性，也是多智能体控制中一个重要的方向。

在实际工程应用中，现根据任务要求以及外部环境条件，把多智能体分成两类，通过智能体之间的耦合相互通信，合作最终实现二分同步，比如无人机的编队飞行等。

另一方面由于存在外部的扰动，智能体之间通信的不确定性，导致系统的网络拓扑是随机的，所以需要考虑的马尔可夫切换拓扑条件下的二分同步问题。

发明内容

本发明提出的一种马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法及系统，可解决由于存在外部的扰动，智能体之间通信的不确定性导致相互耦合的智能体之间很难被同步控制的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法，包括：以下步骤：

S100、对于多智能体系统的网络拓扑，获取多智能体系统通信拓扑集合，检查联合图是否是连通的；

S200、计算每一个拓扑出现的概率，如果概率为正，那么保留这个拓扑；否则删除这个拓扑；直到拓扑集中的每一个拓扑出现的概率都为正；然后查看剩余的拓扑集合的联合图是否是连通的；

S300、计算多智能体系统的动力学方程满足的李普希兹条件的李普希兹常数，然后根据通信拓扑、多智能体动力学方程，计算出系统的耦合系数；

S400、最终设计控制器输入，基于步骤S100-S300的条件，进而实现多智能体系统在马尔可夫切换条件下达到二分同步。

另一方面，本发明公开一种基于马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制系统，基于多智能体，包括以下模块：

拓扑信息获取判断单元，用于对于多智能体系统的网络拓扑，获取多智能体系统通信拓扑集合，检查联合图是否是连通的；

拓扑概率计算单元，用于计算每一个拓扑出现的概率，如果概率为正，那么保留这个拓扑；否则删除这个拓扑；直到拓扑集中的每一个拓扑出现的概率都为正；然后查看剩余的拓扑集合的联合图是否是连通的；

耦合系数计算单元，用于计算多智能体系统的动力学方程满足的李普希兹条件的李普希兹常数，然后根据通信拓扑、多智能体动力学方程，计算出系统的耦合系数；

二分同步控制单元，用于最终设计控制器输入，进而实现多智能体系统在马尔可夫切换条件下达到二分同步。

由上述技术方案可知，本发明的马尔科夫切换拓扑条件下的二分同步性控制方法相对现有技术具有如下优势：

首先，本发明考虑到一般的网络拓扑仅要求耦合系统的网络拓扑的联合图包含一个生成树，所以只要耦合系数足够大，多智能体系统就能实现均方意义下的二分同步。