基于lqr的多智能体系统协同最优控制

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1、硕士学位论文基于LQR的多智能体系统协同最优控制作者姓名姚蒙学科专业控制理论与控制工程指导教师乔宇鹏副研究员所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2016年4月OptimalCooperativeControlforMulti-AgentSystemsbasedonLQRTheoryADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YaoMengSupervisor：Prof.QiaoYupengSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：2

2、01320112132华南理工大学硕士学位论文基于LQR的多智能体系统协同最优控制作者姓名：姚蒙指导教师姓名、职称：乔宇鹏副研究员申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：多智能体系统协同最优控制论文提交日期：2016年4月26日论文答辩日期：2016年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：孙伟杰委员：苏为洲乔宇鹏华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加［＾｜＾标法引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对

3、本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：據Ｉ日期；扣｜＊年＾月口日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可Ｗ公布学位论文的全部或部分内容，可ｙＡ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的一致内容相。本学位论文属于：

4、保密，在年解密后适用本授权书。３不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容＂＂。鴻在上相应方框内打Ｖ）＜作者签名：巧＾衣．日期；６．八（口＿指导教师签名：抑日ｉ期Ｗ．口者联系电话：作电子邮箱：联系地址（含邮；编）摘要近年来，多智能体系统协同最优控制问题逐步成为国内外不同学科领域的研究热点。多智能体系统协同控制在工业、社会、管理和控制科学等领域有着广泛的实际应用，如无人机编队控制，多卫星姿态调整，分

5、布式传感器网络等。多智能体系统通常包含大量智能体，针对消耗性能指标寻找最优控制策略具有重要的理论意义和实际价值。本文从能量优化的角度出发，在前人研究工作的基础上进一步研究多智能体系统分布式协同优化问题，丰富了分布式优化控制的研究成果。具体研究工作和主要贡献包括如下几个方面：1.分别研究以满足一定条件的连续时间多智能体系统为对象，通信拓扑无约束时的分布式一致最优控制问题和跟踪最优控制问题。针对二次型性能指标，利用LQR控制理论讨论全局最优控制协议形式。对于一致最优控制，通过矩阵分解得到全局最优控制协议满足分布式控制形式的条件，并证明最优控制协议可以保证一致性。对于跟踪最优控制，针对积分器形式

6、和系统方程正定的领导者-跟随者系统，进一步研究M矩阵可分解性，将最优控制协议分解成最优拉普拉斯矩阵和最优牵制增益矩阵从而满足分布式条件，并证明最优控制协议可以保证跟随者跟踪领导者状态。2.研究离散时间积分器形式多智能体系统的分布式协同优化问题。基于离散LQR控制理论讨论无领导者的多智能体系统一致最优控制策略和领导者-跟随者系统跟踪最优控制策略。在设计跟踪最优控制协议过程中，进一步讨论通信拓扑结构拉普拉斯矩阵和牵制矩阵的可分解性，从而证明基于离散Riccati方程得到的最优控制协议形式满足分布式控制要求。3.研究固定拓扑结构情况下领导者-跟随者系统协同跟踪次最优控制问题。分别考虑连续时间和离

7、散时间两种情况下，当性能指标权阵与拉普拉斯矩阵及牵制增益矩阵相关时，利用极大值原理提出分布式次最优跟踪控制协议，选取最优比例因子同时保证跟随者渐进跟踪领导者状态和性能指标次最优，并讨论分布式次优控制协议存在的必要条件。关键词：多智能体系统；协同最优控制；线性二次型；拉普拉斯矩阵；牵制增益IAbstractInrecentyears,cooperativeoptimalcontrolformulti-agentsystem