有向通信拓?fù)湎露嘧灾黧w系統(tǒng)非線性一致性協(xié)議的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、一致性現(xiàn)象廣泛存在于生物種群中，如鳥(niǎo)類(lèi)的遼徙、魚(yú)類(lèi)的洄游、螢火蟲(chóng)的發(fā)光等等。所謂多自主體系統(tǒng)的一致性是指隨著時(shí)間的演化，個(gè)體通過(guò)相互作用使感興趣的狀態(tài)量達(dá)到相同。其最大的特點(diǎn)是個(gè)體間只通過(guò)局部的信息交換和協(xié)調(diào)，就能實(shí)現(xiàn)共同的群體行為。相較于傳統(tǒng)的集中式協(xié)調(diào)控制方式，這種分布式協(xié)調(diào)控制方式不僅可以降低對(duì)單個(gè)個(gè)體能力的要求，而且賦予了整個(gè)系統(tǒng)更多的冗余性和靈活性，因而提高了系統(tǒng)的魯棒性能。一致性思想已在工程領(lǐng)域中得到了廣泛的研究與應(yīng)用，如水

2、資源的分配調(diào)度問(wèn)題、工業(yè)生產(chǎn)中的負(fù)載均衡問(wèn)題，以及空間飛行器的編隊(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題等。
　　在多自主體系統(tǒng)的一致性問(wèn)題中，自主體自身的動(dòng)態(tài)特性、自主體之間信息交換的拓?fù)浜鸵恢滦詤f(xié)議的結(jié)構(gòu)是需要考察的三個(gè)基本方面。本文重點(diǎn)探討了有向通信拓?fù)湎露嘧灾黧w系統(tǒng)的非線性一致性協(xié)議設(shè)計(jì)與分析方法，提出了一種原則性框架。在這種框架下，具體考察了一階積分器系統(tǒng)和非完整鏈?zhǔn)较到y(tǒng)的非線性一致性協(xié)議設(shè)計(jì)問(wèn)題。文中用到的分析工具主要包括代數(shù)圖論、矩陣論、線性系統(tǒng)

3、理論和非線性系統(tǒng)理論。論文的主要工作如下:
　　1.從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上探討了有向通信拓?fù)湎露嘧灾黧w系統(tǒng)非線性一致性協(xié)議的設(shè)計(jì)與分析方法。首先，通過(guò)將有向連接拓?fù)浞纸獬梢蛔鍙?qiáng)連通子圖的級(jí)聯(lián)形式，揭示了多自主體系統(tǒng)中只有根節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自主體才決定整個(gè)系統(tǒng)的一致性狀態(tài)，其他結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的自主體以強(qiáng)連通分量作為一個(gè)整體只進(jìn)行跟蹤的事實(shí)。在此基礎(chǔ)上，基于輸入—狀態(tài)穩(wěn)定性(ISS)方法提出了一種非線性一致性協(xié)議的級(jí)聯(lián)式設(shè)計(jì)與分析框架，并對(duì)這種設(shè)計(jì)框架下的

4、系統(tǒng)性質(zhì)進(jìn)行了分析和討論。
　　2.在上述框架下，研究了一階積分器動(dòng)態(tài)多自主體系統(tǒng)在兩類(lèi)非線性協(xié)議下的一致性問(wèn)題。利用Lyapunov方法證明了在給定的協(xié)議下，只要通信拓?fù)浒蓸?shù)，系統(tǒng)就可達(dá)到一致。在形式上，要求第一類(lèi)非線性協(xié)議的協(xié)議函數(shù)能被兩個(gè)嚴(yán)格增的奇函數(shù)界定，第二類(lèi)非線性協(xié)議的協(xié)議函數(shù)是嚴(yán)格增的奇函數(shù);在內(nèi)容上，所設(shè)計(jì)的非線性協(xié)議可以解決快速收斂、輸入飽和、以及協(xié)議函數(shù)具有不確定性等問(wèn)題。
　　3.在上述框架下，考