[论文解读] Adaptive Leader-Following Consensus for a Class of Nonlinear Multi-Agent Systems with Jointly Connected Switching Networks

Wei Liu, Jie Huang|arXiv (Cornell University)|Jan 26, 2016

Distributed Control Multi-Agent Systems被引用 4

一句话总结

本文提出了一种分布式自适应控制律，用于在联合连通切换网络下具有线性参数化不确定性的非线性多智能体系统中的领导者-跟随者一致性问题。通过结合确定性等价原理与自适应分布式观测器，该方法确保了全局收敛性，通过范德波尔振荡器同步得到验证。

ABSTRACT

This paper studies the leader-following consensus problem for a class of nonlinear multi-agent systems with linearly parameterized uncertainty subject to jointly connected switching networks. To deal with the jointly connected switching networks, a distributed adaptive control law utilizing certainty equivalence principle and the adaptive distributed observer is developed. Global convergence of the closed-loop system is established. The design procedure is illustrated by a leader-following consensus problem for a group of Van der Pol oscillators.

研究动机与目标

• 解决在切换网络拓扑下具有不确定动力学的非线性多智能体系统中的领导者-跟随者一致性问题。
• 克服时间变化且仅联合连通的通信网络中连接性无法始终维持的挑战。
• 设计一种分布式控制律，能够适应系统不确定性，且无需依赖全局网络知识。
• 确保在切换网络连通性下，全局渐近稳定性和一致性收敛。
• 在非线性基准系统——范德波尔振荡器上验证该方法。

提出的方法

• 基于确定性等价原理设计一种分布式自适应控制律，以处理智能体动力学中的线性参数化不确定性。
• 引入一种自适应分布式观测器，仅利用相邻智能体的本地信息来估计领导者状态。
• 采用切换网络拓扑假设，即在时间区间内图的并集是联合连通的，以确保信息传播。
• 构建一个李雅普诺夫函数，以证明在所提出的控制与观测器律下闭环系统的全局收敛性。
• 以去中心化方式集成观测器与控制律，避免对集中式协调的依赖。
• 将该框架应用于一组范德波尔振荡器，以验证理论结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 当网络拓扑随时间切换且仅联合连通时，如何在非线性多智能体系统中实现领导者-跟随者一致性？
• RQ2 何种控制策略能够在切换拓扑下实现对未知系统参数的分布式自适应，同时保持一致性？
• RQ3 分布式观测器是否能有效估计领导者状态而无需全局网络信息？
• RQ4 在存在参数不确定性与切换网络的情况下，确保一致性误差全局收敛的条件是什么？
• RQ5 所提出方法在范德波尔振荡器等非线性基准系统上的表现如何？

主要发现

• 所提出的自适应控制与观测器设计确保了在联合连通切换网络下多智能体系统的全局渐近一致性。
• 该控制律仅使用本地信息和邻居测量值，即可自适应地处理未知的线性参数化不确定性。
• 分布式观测器成功实现实时领导者状态估计，从而实现有效的反馈控制。
• 通过基于李雅普诺夫的稳定性分析，严格证明了闭环系统的全局收敛性。
• 该方法在一组范德波尔振荡器上得到验证，表明在切换拓扑下仍能实现有效同步。
• 该方法无需知晓网络的切换模式或任意时刻的全局连通性，即可实现一致性。