[发明专利]一种针对多智能体系统的领导跟随一致性问题的循环切换方案

说明书

一种针对多智能体系统的领导跟随一致性问题的循环切换方案，属于人工智能中的多智能体领域。首先，建立由两个子系统组成的切换时滞多智能体系统。然后，通过引入领导者状态与跟随者状态的误差，将切换时滞多智能体系统转换为切换误差系统。随后，基于李雅普诺夫稳定性理论给出子系统的基本准则。最后，通过引入循环切换机制得到领导者与跟随者的一致性的充分条件。本发明能够充分考虑离散时间多智能体系统的领导跟随者一致性问题中偶然出现的大时变时滞，将时滞的上界大幅提升；保证具有大小时变切换时滞的离散多智能体系统中跟随者最终都与领导者的状态达到一致，同时能够有效地为离散多智能体系统提供保证领导者与跟随者能够信息一致的较大时滞上界。

技术领域

本发明属于人工智能中的多智能体领域，具体是针对离散时变时滞的多智能体系统在有向通信拓扑下的领导跟随一致性问题来设计一种循环切换技术。

背景技术

近年来，多智能体在智能电网，飞行器编队，机器人系统与传感器网络等多个领域中存在着潜在的应用而备受关注。虽然每个多智能体的处理能力是有限的，但是把一定数量的多智能体通过通信网络链接在一起，协同合作，就可以执行非常复杂的、单个多智能体无法完成的任务。多智能体系统中一个重要而关键的问题就是领导者与跟随者的一致性问题。多智能体系统的领导跟随者一致性问题是指，在任意的初始条件下，每一个跟随者智能体的状态与领导者的状态最终变为一致，即领导者与跟随者的状态误差为零。解决一致性问题的关键在于如何基于各个智能体的信息及其邻居智能体(如果智能体1可以接收到智能体2的信息，那么就称智能体2是智能体1的邻居智能体，简称邻居)的有限信息开发一种分布式控制协议，使所有跟随者智能体状态与领导者状态达到一致。现有文献主要解决了如下问题：1)针对多智能体系统中的领导者与跟随者的一致性问题提出了一种基于网络的控制协议和延迟依赖的稳定性协议。2)针对具有有界时滞的非线性随机多智能体系统给出了领导跟随全局指数收敛的一致性条件。3)为具有时变时滞的非线性离散多智能体系统的一致性问题提出了一个领导与跟随者的新概念并提供了一个充分必要的一致性准则。4)针对具有恒定时滞和时变时滞的一阶离散多智能体系统的一致性问题给出了一种最大的时滞界。值得注意的是上述所有的一致性条件只给出了具有较小信息时滞作用的时间序列(简称小时滞序列，即，一种信息时滞小于某个上限的时间延迟序列)的多智能体一致性协议。另外，由于多智能体系统在通信网络拓扑中的数据丢包是不可避免的，所以如果继续采用零阶保持的技术可能会导致出现一种较大信息时滞作用的时间序列现象(简称大时滞序列，即，一种信息时滞大于某延迟上限的时间延迟序列)。例如，论文《二阶多智能体系统一致性问题的时滞分析》中分析了一类多智能体系统在具有通讯时滞限制条件下的一致性问题，然而，1)该文中所考虑的通讯时滞是常时滞，并未考虑到受网络、环境等因素影响下，时滞可能会随时间变化的问题；2)文中作者并未表明所考虑的时滞的上界，从作者提供的仿真数据中不难发现，时滞的值和范围都比较小。因此，上述给出的一致性条件对于这种具有大时滞序列的多智能体系统的领导跟随一致性协议是不适用的。

综合以上论述，本发明在循环切换思想的基础上提出一种能够处理具有大、小时变时滞的离散多智能体系统的领导跟随一致性问题的解决方案。

发明内容

本发明针对离散多智能体系统在领导者跟随者的一致性问题中所出现的大时滞问题，提出了一种循环切换控制方案并给出了具有可行性的一致性条件。对于传统的离散时间领导者跟随者多智能体系统的一致性问题，一般研究者都考虑采用邻居智能体的实时信息或者带有常数时滞的邻居智能体信息作为控制协议的主要部分，受地理环境和网络信号的影响，有时候信息在智能体间传递不可避免地有时滞产生，且这种时滞很有可能是变化的，而不是固定的常量。所以，把变化时滞信息，甚至是较大时滞考虑在实际应用中非常重要，并且这也决定了在实际应用中多智能体系统的领导者与跟随者一致性协议是否是可行的、有效的。因此，如何更好的设计出具有大小时变时滞的离散多智能体系统在有向通信拓扑下的领导跟随一致性控制算法一直是一个挑战性的难题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：