多智能体系统固定时间比例一致性研究邹志华

关键词：多智能体系统；固定时间；比例一致性；虚拟智能体

中图分类号：TP18 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）18-0104-03

0 引言

近几十年来，多智能体的一致性受到众多学者的广泛关注，这与多智能体的分布式控制在多个领域的广泛应用存在直接关联[1]。

在多智能体系统一致性研究领域中，收敛速度是评估控制器性能好坏的重要指标[2]。大量文献开始研究如何提高多智能体系统收敛速度。研究表明，优化智能体拓扑权值和通信拓扑关系可以显著加快多智能体系统的收敛速度，但劣势在于，这些文献的研究成果只能保证系统各智能体渐进收敛到稳定值，意味着只有当时间趋于无穷大，智能体才能达到稳定值。有限时间控制因其闭环稳定时间短、良好的鲁棒性和抗干扰能力强[3]而受到科研工作者的广泛关注。近年来涌现了大量相关文章，随着研究的不断深入，科研工作者逐渐发现该技术的一个明显缺点：无法给出系统收敛时间的显性表达式。为了克服该控制技术的不足，文献[4]首次提出了固定时间理论，该理论不仅拥有更快的收敛速度，同时鲁棒性和系统精度都有了显著的提升，甚至可以给出系统收敛时间的明确表达式。

在实际场合中，智能体往往因为分工需要而划分为若干个群体协同工作，例如营救火灾水灾的受害者的紧急场合中，需要将智能体以分工合作的形式进行划分，尽快营救不同地方的受灾人员，因此群一致性[5]近年受到科研工作者的极大关注和研究。

二分一致性是一致性的特殊形式，当智能体的通信结构满足结构平衡时，在合适的控制协议作用下，所有智能体收敛到大小相等、方向相反的状态值[6]。例如为了显著提高战斗机的作战半径，需要另外一架uQjD94QlB+78Kz2XCQTR3+NwZoQP+UtAN+zISQ6uSPU=飞机运行在其附近或对立面为其补充燃料，并保持相对稳定不变，智能体的二分一致性在该场合拥有潜在的应用价值。

本文研究一类多智能体系统固定时间比例一致性问题。所设计的控制协议，只要通过调整合适的比例因子，便可以确保智能体实现二分一致性（打破要求结构平衡条件的约束）、群一致性（群体划分规则的改变无须大改控制协议）和经典一致性（改变本文设计控制协议的比例因子便可实现）。

4 结束语

针对无向拓扑情况下，本文研究了多智能体系统的固定时间比例一致性问题。与传统的有限时间一致性协议相比，本文所设计的协议可使智能体的收敛时间上界不依赖于智能体的初始条件。同时，引入虚拟智能体，通过设计合适的虚拟控制器以保证智能体在固定时间内跟踪到虚拟智能体，最终使智能体的最终收敛结果摆脱了初始状态的影响。在所提的控制协议框架下，适当地选取比例因子，可分别实现固定时间下的群一致性、二分一致性（无须满足结构平衡条件）和经典一致性。大量的数值仿真验证了所提控制协议的有效性。