【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于最優控制、非周期通信和分布式控制的交叉，尤其涉及一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統及方法。
技術介紹
1、大規模、廣域分布的多機器人系統的編隊控制通常采用分布式架構，相對集中式架構具有更強的容錯能力和魯棒性，不需要大算力、高實時性的中控平臺和高速率、高吞吐量的通信網絡來支撐。相對集中式控制，分布式控制的主要缺陷是難以保證全局最優性。多機器人系統在弱通信條件和電子戰環境下通常面臨網絡帶寬受限和節點能量受限的問題，例如：在電磁頻譜戰環境，頻譜帶寬資源會被敵方干擾機惡意占用或者投放誘餌欺騙，分配給雷達、通信、導航設備的可用、安全的帶寬資源非常有限。例如水下通信組網受聲波反射、折射和衰減特性和多徑效應的影響，在1～10km的短距離通信中，水聲通信帶寬僅約幾萬赫茲，在10～100km的遠距離通信中，帶寬僅幾千赫茲。水聲通信節點的發射功率通常需比陸地無線通信設備高一個數量級，而且水下通信節點很難充電或更換電池，造成水下通信場景的帶寬極窄、通信能量短缺。面向多機器人協同控制的事件觸發通信機制，可依據控制任務的實際需求調整通信頻率，減少網絡帶寬的占用，降低通信設備的能耗。
2、多機器人系統編隊控制問題是典型的多智能體系統分布式控制問題。目前對多智能體系統的最優控制問題的研究主要針對包含過程狀態代價和過程控制代價的二次目標函數，對同時包含過程狀態代價和過程控制代價和狀態-控制交叉代價的二次目標函數下的分布式最優控制問題及其事件觸發條件設計問題鮮有涉及。文獻(k.?h.?movric?and?f.l.?lew
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統及方法。
2、本專利技術的目的是通過以下技術方案來實現的：一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，包括分布式最優控制模塊和事件觸發一致性協議模塊；
3、事件觸發一致性協議模塊：給出事件觸發通信機制下可實現多智能體系統領導者-跟隨一致性的事件觸發條件，智能體每個采樣周期均檢查事件觸發條件是否滿足，以確定智能體的非均勻通信時刻；
4、分布式最優控制模塊：基于確定的智能體的非均勻通信時刻，通過最小化關于過程狀態代價、控制代價和狀態-控制交叉代價的二次目標函數和矩陣分解，給出周期通信機制下全局最優分布式控制律的解析表達式，并給出全局最優分布式控制律的反饋矩陣需滿足的矩陣方程組，反饋控制律可分布式實施且能使全局性能指標達到最優。
5、進一步地，通過目標函數權矩陣分解和子矩陣方程組求解，得到全局最優分布式控制律；所述同構多智能體系統的智能體的模型表示為：
6、（1）；
7、多智能體系統模型表示為：
8、（2）；
9、其中為多智能體系統在時刻的維狀態向量，上標t表示轉置操作；，為智能體的維狀態向量；多智能體系統中智能體的數量為n+1；為維控制輸入，為智能體的維控制輸入，和分別為智能體的維系統矩陣和維的控制矩陣，為維單位矩陣，表示克羅內克積；
10、多智能體系統最優控制的目標是最小化過程狀態代價和控制代價和狀態-控制交叉代價；定義同構多智能體系統的無限時間二次目標函數為：
11、（3）；
12、其中，權矩陣為的半正定矩陣；權矩陣為的矩陣；權矩陣為的正定矩陣；
13、通過極大值原理可求出使二次目標函數達到最小的全局最優控制律：
14、（4）；
15、正定矩陣是滿足如下矩陣黎卡提方程的唯一解：
16、（5）；
17、若矩陣，，分解為如下形式：
18、；；（6）；
19、設計子矩陣滿足矩陣方程組：
20、；；（7）；
21、（8）；
22、其中為耦合系數，為多智能體系統的拉普拉斯矩陣，即
23、；（9）；
24、其中，，表示多智能體系統的通信拓撲結構，如果智能體向智能體發送狀態信息則稱智能體是智能的鄰居且，否則；集合為向智能體的鄰居智能體構成的集合；
25、矩陣黎卡提方程變為：
26、（10）；
27、即權矩陣滿足：
28、（11）；
29、則全局最優分布式控制律可分布式計算和實施，即：
30、（12）；
31、其中為局部反饋矩陣，智能體的局部反饋控制律表示為：
32、（13）；
33、其中，表示智能體的鄰居智能體的狀態；
34、局部反饋的閉環多智能體系統模型表示為：
35、（14）。
36、進一步地，通過領導者-跟隨通信拓撲結構和局部反饋控制實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；即
37、（15）；
38、其中為領導者狀態；智能體的局部反饋控制律表示：
39、（16）；
40、其中，，，表示領導者-跟隨通信拓撲結構，若領導者向智能體發送狀態信息，則，否則；
41、當子矩陣滿足：
42、（17）；
43、其中矩陣；子矩陣滿足矩陣方程組(8)和(11)，則分布式控制律相對二次目標函數是最優的。
44、進一步地，通過事件觸發通信條件計算非均勻通信時刻，通過狀態估計誤差構造分布式事件觸發條件和隨時間衰減的閾值，實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；
45、構造智能體的事件觸發條件：
46、（18）；
47、其中狀態估計誤差：
48、（19）；
49、其中是智能體的狀態估計值，閾值為隨時間衰減到0的遞減函數，即滿足
50、（20）；
51、在以設定的采樣頻率檢本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，包括分布式最優控制模塊和事件觸發一致性協議模塊；
2.根據權利要求1所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過目標函數權矩陣分解和子矩陣方程組求解，得到全局最優分布式控制律；所述同構多智能體系統的智能體的模型表示為：
3.根據權利要求2所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過領導者-跟隨通信拓撲結構和局部反饋控制實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；即
4.根據權利要求3所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過事件觸發通信條件計算非均勻通信時刻，通過狀態估計誤差構造分布式事件觸發條件和隨時間衰減的閾值，實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；
5.根據權利要求4所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，當智能體的事件不觸發時，智能體的鄰居通過不依賴實時控制信息的閉環預測方法估計智能體的狀態；對智能體的系統模型以周期進行一階離散化，得到：
6
7.一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制方法，其特征在于，包括：
8.一種電子設備，包括存儲器和處理器，其特征在于，所述存儲器與所述處理器耦接；其中，所述存儲器用于存儲程序數據，所述處理器用于執行所述程序數據以實現權利要求7所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制方法。
9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述程序被處理器執行時實現如權利要求7所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制方法。
10.一種計算機程序產品，包括計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求7任一所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制方法。
...【技術特征摘要】
1.一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，包括分布式最優控制模塊和事件觸發一致性協議模塊；
2.根據權利要求1所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過目標函數權矩陣分解和子矩陣方程組求解，得到全局最優分布式控制律；所述同構多智能體系統的智能體的模型表示為：
3.根據權利要求2所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過領導者-跟隨通信拓撲結構和局部反饋控制實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；即
4.根據權利要求3所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，通過事件觸發通信條件計算非均勻通信時刻，通過狀態估計誤差構造分布式事件觸發條件和隨時間衰減的閾值，實現多智能體系統的領導者-跟隨一致性；
5.根據權利要求4所述的一種同構多智能體系統的事件觸發分布式最優控制系統，其特征在于，當智能體的事件不觸發時，智能體的...
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