時滯復雜多自主體網(wǎng)絡(luò)同步和一致性研究.pdf

1、在實際中，復雜多自主體網(wǎng)絡(luò)應用十分廣泛，如無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無人駕駛飛行器、多機器人系統(tǒng)和自動高速公路系統(tǒng)等等。研究復雜多自主體網(wǎng)絡(luò)，主要是期望通過大規(guī)模的自主體在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中彼此交互和協(xié)作，進而完成單一系統(tǒng)難以實現(xiàn)的任務(wù)或目標。在合作協(xié)調(diào)過程中，自主體之間通過網(wǎng)絡(luò)來傳遞分享信息，這些信息包括控制協(xié)議、控制目標或相對狀態(tài)信息，自主體需要對任務(wù)達成共識才能實現(xiàn)有進行效地合作控制。同步和一致性問題作為自主體之間合作協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)，成為控制科學與工程領(lǐng)

2、域的一個重要研究課題。但由于網(wǎng)絡(luò)的引入，自主體之間的信息交互不可避免的會受到時滯的影響，通常會導致系統(tǒng)性能惡化。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合穩(wěn)定性理論、代數(shù)圖論和隨機分析方法，進一步研究了時滯復雜多自主體網(wǎng)絡(luò)的同步和一致性問題。全文主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　帶隨機通信時滯的復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的同步問題。首次考慮復雜網(wǎng)絡(luò)中的通信時滯包含多種以不同概率出現(xiàn)的時滯形式的情況，通過引入指標函數(shù)把帶有隨機時滯的原始系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為帶有隨

3、機指標參數(shù)的多時滯系統(tǒng)，采用Lyapunov-Krasovskii穩(wěn)定性理論和隨機分析方法，得到復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)均方漸近同步的充分條件，且所得條件可容許的最大時滯上界同時依賴于每個時滯形式的上界和出現(xiàn)的概率分布。
　　多隨機通信時滯下復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的同步問題。在大多數(shù)復雜網(wǎng)絡(luò)研究中，通常將通訊中由不同因素引起的多個時滯粗略看做一個總的通信時滯來研究，忽視了實際中的多時滯可能包含有不同的隨機特性情況。我們首次提出帶有不同隨機特性的通信時滯

4、，其中節(jié)點誘導時滯服從獨立同分布，而網(wǎng)絡(luò)誘導時滯服從Markov過程，通過選取一個新的Lyapunov-Krasovskii泛函并采用隨機分析方法，得到了確保網(wǎng)絡(luò)同步的充分條件，并揭示了多時滯和的上界、時滯導數(shù)和的上界以及時滯的概率分布對網(wǎng)絡(luò)同步性能的影響。
　　混合時滯下Markov跳復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)同步問題。拓撲切換也是實際系統(tǒng)中常見的現(xiàn)象。我們研究帶有Markov切換和混合時滯的復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)同步問題。同時考慮分布式時

5、滯和離散型時滯，其中分布式時滯是有界時變的，離散型時滯是隨機時變的。通過引入一類指標函數(shù)，將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閹в须S機參數(shù)的系統(tǒng)，采用Lyapunov-Krasovskii穩(wěn)定性理論和隨機分析方法，得到了網(wǎng)絡(luò)達到均方指數(shù)同步的充分條件，且所得的條件不僅依賴于混合時滯的上界，還與離散型隨機時滯的概率分布有關(guān)。進一步，我們所得的主要結(jié)論還推廣到帶有Markov跳和隨機通信時滯的多自主體系統(tǒng)中，得到系統(tǒng)達到同步的充分條件。
　　隨機通信時滯下

6、Markov跳二階多自主體系統(tǒng)的一致性問題。考慮一種更實際的網(wǎng)絡(luò)通訊模式（如P2P網(wǎng)絡(luò)），鄰居的耦合強度和狀態(tài)信息都需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，都會受到通信時滯的影響。針對這種通信模式下的一類帶有時滯和切換的二階多自主體系統(tǒng)，其中隨機切換信號和隨機通信時滯分別服從兩個相互獨立的Markov過程，我們提出一個不依賴鄰居速度信息的一致算法，通過三步模型變換并引入一個新的映射，將原系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€帶有兩個Markov跳參數(shù)的增廣的類誤差系統(tǒng)，最終得到系統(tǒng)

7、達到均方一致的充分必要條件。
　　異質(zhì)通信時滯下二階多自主體系統(tǒng)的脈沖一致性問題。針對二階多自主體系統(tǒng)，提出不依賴速度信息的帶異質(zhì)時滯的脈沖控制協(xié)議，研究了系統(tǒng)的一致性問題。考慮每個節(jié)點只能在采樣時刻獲得與鄰居的時滯相對位置信息和與自身上一個采樣時刻的相對位置信息。我們首次引入虛擬子圖的概念來處理異質(zhì)時滯，并通過三步模型變換，將原連續(xù)時間系統(tǒng)的一致性問題轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時間增廣誤差系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，得到了帶有異質(zhì)時滯的二階多自主體系統(tǒng)達