[发明专利]一种通信关系自动匹配的事件驱动一致性控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及事件驱动控制和多智能体系统的一致性控制，具体涉及一种简化网络结构的通信关系自动匹配方法与分布式事件驱动控制策略相结合的新型一致性控制方法，能够有效降低系统内通信规模及系统能耗。

背景技术

目前，多智能体系统(本文简称为系统)的协调控制方法在实际问题中得到了越来越广泛的应用。这主要是由于单个智能体具有相对简单的功能及有限的信息采集、处理、通讯能力，无法解决越来越复杂的实际任务，而多智能体则具有更高的智能性和更强的问题求解能力，能够实现单个智能体所不能完成的各种艰巨、复杂、精度要求高的任务。

然而，对于具有领导者的多智能体系统，现有的控制方法总是让各个智能体利用其所能获取的全部邻居信息；在大规模的控制网络中，这无疑会增加系统的通信压力。在应用事件驱动策略实现分布式一致性控制时，这也会提高各个智能体的事件触发频率，造成系统能耗的增加。

发明内容

本发明提供一种通信关系自动匹配的事件驱动一致性控制方法，所述方法针对多智能体系统，采用了自动匹配通信关系的技术手段，通过在控制任务开始之前在系统中运行一个通信匹配将系统的通信关系简化为树状，使系统内的通信网络结构得到大幅度简化，达到了降低系统内通信压力和大幅降低各智能体事件触发频率的技术效果，具有系统能耗低、控制协议设计简便的优势，在实际系统中具有实现成本低、易于转化为实物的意义。

所述的通信关系自动匹配的事件驱动一致性控制方法，包括以下步骤：

步骤1：针对具有一个领导者的多智能体系统，首先对单个智能体进行抽象建模得到被控多智能体系统的状态空间实现模型，进而判断该多智能体系统是否为可镇定的。若为可镇定的，则执行步骤2；否则结束方法。

步骤2：设计一个事件驱动跟踪控制协议，使追随者可以在事件驱动控制模式下实现对其直接领导者的一对一跟踪。

步骤3：利用通信关系自动匹配程序将系统的通信关系简化为树状通信网络。

步骤4：利用步骤3得到的树状通信网络，通过让每一个追随者利用步骤2中的事件驱动控制协议一对一地跟踪自己的直接领导者，来实现整个多智能体系统的事件驱动一致性控制。

所述步骤1中，仅要求领导者的事件驱动控制输入随时间衰减到零，涵盖了现有一致性跟踪研究中要求领导者输入为零的情况，具有更广阔的应用范畴。

所述步骤3中，通过通信关系自动匹配程序将系统的通信关系自动简化为树状的通信网络是本方法的创新点，任何采用本方法所给程序或类似程序进行上述步骤的控制方法都应当受到本专利的保护。需要指出的是：多智能体系统能够实现一致性跟踪控制的充分条件是通信网络存在以领导者为根的生成树，即在通信网络图中对于任意追随者，都有一条从领导者到达该追随者的路径。该条件也是保证步骤3能够实施的前提。

所述步骤2和步骤4中，将事件驱动一致性协议设计简化为一对一跟踪控制，使得设计过程大大简化，且无需考虑系统的具体通信关系。与已有的事件驱动一致性控制相比，分布式一致性协议中反馈矩阵的求解及分布式事件驱动条件的设计也更为简单和直观。

本发明一种通信关系自动匹配的事件驱动一致性控制方法的优点在于：

(1)相对于现有设计方法，降低了系统内的通信量，减小了系统的通信压力；降低了系统的事件触发频率，降低了系统能耗；同时与传统的分布式事件驱动控制方法相比，大幅简化了控制协议的设计过程。

(2)相对于传统设计方法，本方法在设计中加入了一个新步骤，即前述的步骤3，加入该步骤可以获得以下的优点：<1>使用本方法后，系统中每个追随者都只接收1个其它智能体的状态信息，相对于令每个追随者接收其全部邻居状态信息的传统设计方法，通信量降低，减小了系统的通信压力。<2>在设计事件驱动控制协议时，即本方法的步骤2时，只需考虑一对一跟踪的情况，且可由此得到分布式事件驱动一致性协议。

(3)将事件驱动一致性控制简化为一对一跟踪控制器的研究，跳过了设计分布式事件驱动条件这一难点，使得一致性协议设计过程大大简化。与传统的分布式事件驱动控制协议设计过程相比，本方法无需考虑系统的具体通信关系，无需使用多次不等式放缩等复杂数学手段，设计简便。与此同时，由于在设计过程中没有不等式放缩，相较于传统方法得到的一致性条件，本方法得到的一致性条件要宽松得多，因而降低了各智能体的事件触发频率，降低了系统能耗。