论文总字数：33305字

摘 要

多智能体系统凭借其灵活、成本低等优点，已经成为国民经济和社会发展中不可或缺的一部分。作为多智能体系统协调控制的理论研究基础。多智能体的一致性跟踪控制的技术已经成熟地应用于很多的领域，例如：水下潜水器的编队控制、无人驾驶车队的编队控制、太空卫星的编队控制和多机械臂的协同装配等等。

在真实的场景中，受限于当前的传感器技术，又或者受到工作环境中干扰的影响等，各个智能体无法获得自身以及与之邻近智能体的速度相关信息，因此本文研究速度不可测的多智能体系统的一致性跟踪控制问题，主要内容如下：

本文首先针对二阶多智能体，设计状态观测器然后设计基于状态观测器的控制器。运用Lyapunov稳定性理论进行系统的稳定性分析。然后举例进行Matlab数值仿真。

其次针对一般线性的多智能体，设计基于状态观测器的控制器；借助Lyapunov稳定性理论进行系统的稳定性分析。然后举例进行Matlab数值仿真。

最后针对一般线性多智能体设计基于迭代观测器的分布式一致性跟踪控制协议。然后举例进行Matlab数值仿真。

关键词：多智能体系统 一致性跟踪控制 部分信息未知 观测器

Multi-agent system consistency tracking control

with partial information unknown

Abstract

With its advantages of flexibility and low cost, multi-agent system has become an indispensable part of national economy and social development.As a theoretical basis for the coordinated control of multi-agent systems.The technology of multi-agent consistent tracking control has been applied to many fields, such as formation control of underwater vehicle, formation control of unmanned vehicle fleet, formation control of space satellite and cooperative assembly of multi-manipulator, etc.

In a real-world scenario, limited by the current sensor technology, or is affected by the work environment interference, and so on, each agent can't get itself and the speed of the neighboring agents and relevant information, so this article research unmeasured speed consistency tracking control problem of multi-agent systems, the main contents are as follows:

In this paper, a state observer is first designed for the second order multi-agents, and then a controller based on the state observer is designed.Lyapunov stability theory is used to analyze the stability of the system.Then an example of Matlab numerical simulation.

Secondly, a controller based on state observer is designed for general linear multi-agents.Lyapunov stability theory is used to analyze the stability of the system.Then an example of Matlab numerical simulation.

Finally, a distributed consistent tracking control protocol based on iterative observer is designed for general linear multi-agents.Then an example of Matlab numerical simulation.

Key Words: Multi-agent System；Consistency tracking control; Partial information unknown；Observer

符号对照表

实数域；

维几何空间；

维实矩阵；

单位矩阵；

diag{…} 对角矩阵；

矩阵和的乘积；

点集和边集（和权值矩阵）组成的 拓扑图；

= 带领导者的拓扑图。

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 本文的主要结构和工作安排 4

第二章 预备知识 6

2.1图论基础 6

2.2 一致性问题概述 7

2.2.1 一阶多智能体的一致性问题概述 7

2.2.2 二阶多智能体的一致性问题概述 7

2.3 Lyapunov稳定理论 8

第三章 基于观测器的二阶多智能体系统一致性 10

3.1问题描述 10

3.2主要结论 11

3.3仿真实验 13

第四章 基于观测器的一般线性多智能体系统一致性 20

4.1问题描述 20

4.2主要结论 20

4.3数据仿真 21

第五章 基于迭代观测器的一般线性多智能体系统一致性 28

5.1问题描述 28

5.2主要结论 28

5.3数据仿真 29

第六章 总结与展望 35

6.1全文总结 35

6.2研究展望 36

致谢 38

参考文献 39

绪论

研究背景及意义

自然界中的生物有一系列的活动，比如洋流中鱼群的迁徙、南极企鹅的迁徙、包括狼群的狩猎。每个个体在群体活动中扮演什么样的角色并且是如何能协调地完成一致性的目标。智能体^[1] 这个概念首次被提了出来，每个独立的生物个体可以被看成为一个智能体。每一个智能体会回应现实环境带来的变化，然后通过与邻居间的交流协作，来改变自身的行为来达到整体行为的一致性，完成繁杂困难的任务。智能体具有结构更简单，生产成本更低，批量生产易实现和易维护的诸多优点。这就相当于计算机系统中的0和1，简单的0和1通过巧妙的组合却能完成很多高效且有难度的工作。在多智能体的基础上，来自各个领域的研究人员开始研究智能体之间是怎样完成特定的任务。在生物的领域中，学者们研究了生物群体之间进行协作的一些规律。在系统与控制科学领域中，学者们通过从生物群体活动中得到的一些自然规则设计和控制实际的智能体来完成期望的任务，这就是多智能体的一致性控制理论。经过长期的研究发现，多智能体一般具有如下五种特点^[2] ：

（1）自治性：多智能体系统中的个体具有独立调控其行为和状态的能力。

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