多智能体系统一致性问题概述【行业特制】

1、多智能体系统一致性问题概述,多智能体一致性问题概述,多智能体协作的动机,一致性问题的描述,图论基础,一致性问题的建模、通信拓扑、协议设计,一阶、二阶、高阶多智能体系统一致性,2,一类荟萃,多智能体协作的动机,鱼群的群体协调性,鱼群迁徙 集体觅食 躲避天敌,3,一类荟萃,多智能体协作的动机,鸟群的群体协调性,候鸟迁徙 集体扑食 吓跑敌人,4,一类荟萃,多智能体协作的动机,工程应用,焊装机器人协同工作,机器人足球,5,一类荟萃,多智能体协作的动机,社会生活,交通控制 企业行为 供电控制,6,一类荟萃,多智能体协作的动机,智能体特点： 信息处理和执行能力有限 传感和通信能力有限 分布式,7,一类荟萃

2、,一致性问题的描述,一致性问题是多智能体系统协作控制中的典型问题之一，实际上也是根本性问题。,聚集问题 同步现象 集群运动,一致性问题,8,一类荟萃,一致性问题的描述,Boid模型：,9,一类荟萃,Vicsek模型：,一致性问题的描述,10,一类荟萃,一致性问题的描述,Vicsek模型：,密度较大 噪声较小 有序运动,11,一类荟萃,一致性问题的建模,智能体动态模型,信息拓扑结构建模,线性、非线性 连续、离散 低阶、高阶 时变、时不变 同构、异构,12,一类荟萃,智能体动态模型,时变系统模型：,时不变系统模型：,13,一类荟萃,智能体动态模型,同构系统模型：,异构系统模型：,低阶系统模型：,高

3、阶系统模型：,一阶,二阶,高阶,14,一类荟萃,一致性问题的建模,智能体动态模型,信息拓扑结构,有向、无向 固定、时变,15,一类荟萃,图论基础,多智能体网络,有向图,智能体,顶点,通信,边,16,一类荟萃,图论基础,有向加权图或有向图： ：代表图的n个顶点； ：由节点对组成的边集合； ：如果存在从第i个顶点到第j个顶点的信息流，则该节点对有连边； ：邻接矩阵，表示节点与边的关系。,1,2,3,4,5,6,17,一类荟萃,图论基础,顶点集合： 边集合：,1,2,3,4,5,6,顶点 的邻居集,18,一类荟萃,图论基础,邻接矩阵： 加权邻接矩阵：,1,2,3,4,5,6,19,一类荟萃,图论基础

4、,度矩阵： 其中， ，,图的Laplacian矩阵：,20,一类荟萃,图论基础,21,一类荟萃,图论基础,Laplacian矩阵的部分性质 ： 0是Laplacian矩阵的特征值，1=1,1,1T为属于特征值0的右特征向量； 假定有向图 的阶数为 ，Laplacian矩阵为 ，如果 是强连通的，那么有 如果 是连通的且对称，那么 是对称的、半正定的，并且所有的特征值都是实数且非负，可以写成,22,一类荟萃,图论基础,强连通图,连通图,任意2个不同的结点间都存在1条有向路径,任意2个不同的结点间都存在1条路径,23,一类荟萃,图论基础,有向生成树,24,一类荟萃,信息拓扑结构,1,2,3,4,5

5、,6,1,2,3,4,5,6,有向拓扑,无向拓扑,1,2,3,5,6,1,2,3,5,6,1,2,3,5,6,切换拓扑,25,一类荟萃,一致性问题的设计,信息拓扑结构（可设计）,控制协议,线性、非线性 同步、异步,26,一类荟萃,控制协议设计,通用一致性协议：,设计 ，得到期望的动态 设计 ，可以达到状态一致和一定的收敛速度。,27,一类荟萃,一阶一致性,（1）连续时间系统 一阶数学模型 : (1) 一致性协议： (2) 判据： 存在有向生成树 共同状态： 无向连通图或强连通平衡图时，实现平均一致性：,28,一类荟萃,一阶一致性,（2）离散时间系统 (3) 一致性协议： (4) 判据： 固定无向连通拓扑结构情况下，,29,一类荟萃,高