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非线性多智能体系统在采样数据通信下的可编队性

已有 134 次阅读 2026-1-14 11:26 |个人分类:文章推荐|系统分类:博客资讯

Formability of nonlinear multi-agent systems with sampled-data communication（非线性多智能体系统在采样数据通信下的可编队性）

本文针对非线性多智能体系统的精确编队控制问题展开研究。针对现有方法通常要求系统满足全局Lipschitz条件或仅面向线性系统的局限性，本文首次提出了非线性系统的“可编队性”理论。通过对闭环系统稳态进行严谨分析，推导出精确编队可实现的充分必要条件（定理1），并在此基础上，明确了在采样数据通信机制下系统能够精确维持特定编队的核心约束（定理2）。利用该理论指导，本文设计了一种无需任何线性增长条件约束的分布式采样数据控制律，并基于李雅普诺夫方法严格证明了闭环系统的半全局渐近稳定性（定理3），最终通过数值仿真验证了理论的有效性。

Formability of nonlinear multi-agent systems with sampled-data communication

非线性多智能体系统在采样数据通信下的可编队性

作者：Quangui He，Wei Liu

机构：华南理工大学自动化科学与工程学院，自主系统与网络控制教育部重点实验室

引用：He, Q., Liu, W. Formability of nonlinear multi-agent systems with sampled-data communication. Control Theory Technol. (2025). https://doi.org/10.1007/s11768-025-00300-7

全文链接：https://rdcu.be/eYqOj

摘要

本文讨论了非线性多智能体系统的可编队性问题，并研究了一类非线性多智能体系统的半全局采样数据编队控制问题。系统的非线性部分不受任何线性增长条件限制，这给非线性分析与综合带来了挑战。基于对闭环系统稳态分析，提出了保证精确可编队性的充要条件。随后，研究并给出了采样数据机制下的编队条件。利用所提出的编队条件，通过设计一种分布式采样数据编队控制律，实现了非线性多智能体系统的编队控制。最后，通过仿真验证了所提编队条件的正确性。

引言

多智能体系统的编队控制在现实应用中广泛，但目前研究多集中于连续时间控制律或线性系统。对于非线性多智能体系统，特别是采用采样数据通信时，现有工作往往要求系统满足全局Lipschitz条件等线性增长约束，这限制了许多实际非线性系统的应用。此外，虽然针对某些非线性系统设计了编队控制律，但非线性系统的"可编队性"问题——即判断编队集合和控制律是否允许系统实现精确编队——很少被考虑，导致难以确定可允许的编队集，这是当前该领域的一个主要挑战。首先，本文首次讨论了非线性多智能体系统的可编队性，提出了维持精确期望编队的充要条件。其次，获得了采样数据通信下的编队条件，从而明确了允许的编队集合。第三，系统的非线性函数不受任何线性函数（如全局Lipschitz条件）限制，使得所设计的采样数据控制律更适用于现实场景。

结论

本文讨论了非线性可编队性问题，为解决所考虑的非线性多智能体系统的半全局采样数据精确编队控制问题奠定了基础。所采用的非线性分析技术是新颖的，因为多智能体系统动态的非线性增长率不受线性增长条件限制。通过对稳态情况的研究，本文给出了保证编队形状精确的充要条件。在采样数据机制下，提出了编队条件及相应的控制方案。在结果中，推导出了计算控制参数和采样周期上限的明确方法。最后，通过两个示例展示了所提方法的有效性。

作者介绍

Quangui He，于2018年和2021年分别在广东工业大学获得自动化工学学士学位和机械工程工学硕士学位。目前，他正在华南理工大学自动化科学与工程学院攻读控制科学与工程专业博士学位。他的研究方向包括非线性控制、采样数据控制和多智能体系统。

Wei Liu，于2009年在东南大学获得工学学士学位，2012年在中国科学技术大学获得工学硕士学位，并于2016年在香港中文大学获得博士学位。2016年至2021年，他在香港中文大学从事博士后研究工作。他目前是华南理工大学自动化科学与工程学院的教授。他的研究方向包括非线性控制、多智能体系统协同控制，以及机器人与无人机的建模与控制。他曾获高层次青年人才计划、TCL青年学者、华南理工大学"兴华学者"精英人才计划，以及中国自动化学会优秀博士学位论文奖。他是《控制理论与应用》和《无人系统》的编委会成员。同时，他也是IEEE和中国自动化学会（CAA）的高级会员。

期刊简介

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Control Theory and Technology (CTT), 中文名《控制理论与技术》, 创刊于2003年，原刊名为Journal of Control Theory and Applications，2014年刊名更改为Control Theory and Technology。由华南理工大学与中国科学院数学与系统科学研究院联合主办，主要报道系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中的应用。目前被 ESCI (JIF 1.5)、EI、Scopus (CiteScore 3.2)、CSCD、INSPEC、ACM 等众多数据库收录, 并于2013–2018年获得两期中国科技期刊国际影响力提升计划项目资助。2017–2021年连续获得“中国最具国际影响力学术期刊”和“中国国际影响力优秀学术期刊”称号，获得广东省高水平科技期刊建设项目I期(2021-2024年)和II期，2022-2025年进入中国科协自动化学科领域高质量科技期刊目录。

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