第 28 卷 第 11 期
Vol. 28 No. 11
控 制 与 决 策
Control and Decision
2013 年 11 月
Nov. 2013
线性多智能体系统在固定和切换拓扑下的领航跟随控制
文章编号: 1001-0920 (2013) 11-1685-06
宋 莉, 伍清河, 王 垚, 王寅秋
(北京理工大学 自动化学院，北京 100081)
摘 要: 研究线性多智能体系统的领航跟随一致性问题. 假设每个多智能体系统只能得到其邻域的输出测量信息, 在
此条件下, 讨论多智能体在有向固定网络拓扑和无向切换网络拓扑两种情况下的一致性问题. 针对这两种情况, 提出
含有一种分布式观测器的一致性控制算法. 应用 Lyapunov 稳定性理论证明了若单个多智能体系统是可镇定和可检
测的, 且网络连接拓扑只需满足简单的结构, 则系统能够达到领航跟随一致性. 仿真结果验证了理论分析的正确性.
关键词: 多智能体系统；领航跟随；观测器型；代数 Riccati 方程
中图分类号: TP273 文献标志码: A
Leader-following consensus of linear multi-agent systems under fixed and
switching topologies
SONG Li, WU Qing-he, WANG Yao, WANG Yin-qiu
(School of Automation，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China．Correspondent：SONG Li，E-mail:
songli1226@gmail.com)
Abstract: The leader-following consensus problem of multi-agent systems with general linear systems is studied. It is
assumed that each agent has only access to the relative output measurements with respect to its neighbors. Two cases are
considered: the directed network with fixed topology and the undirected networks with switching topologies. For both of
cases, a distributed observer-type consensus protocol only based on output measurements is proposed. It is proved that
the leader-following consensus can be achieved only assuming stabilizability and detectability of the individual systems and
imposing very mild connectedness assumption on the interconnection structure by using Lyapunov theory. Finally, simulation
results show the effectiveness of the theoretical results.
Key words: multi-agent systems；leader-following；observer-type；algebraic Riccati equation
0 引引引 言言言
随着嵌入式系统与通信网络的蓬勃发展, 多智能
体系统的协作控制问题已经引起了系统和控制领域
的广泛关注
[1-3]
. 实际中的嵌入式网络系统, 如多智能
体系统和传感器网络在诸多工程领域中得到了成功
应用, 其中包括空间编队飞行、环境监测和智能电网
调度等. 在多智能体系统协作控制中, 基于邻域的信
息设计分布式的控制协议使得多智能体系统的某些
状态趋于一致是多智能体协作控制中重要的问题, 即
一致性控制问题.
现有文献大多考虑的是一阶、二阶和高阶系统
在固定/切换拓扑下的一致性问题
[4-7]
. 然而, 一般线
性网络系统的研究更具有实际意义, 且包括了积分系
统. 文献 [8] 考虑了线性系统在固定/切换拓扑下的跟
踪控制问题, 但是其控制协议采用的是基于邻域全
部状态信息的静态一致性协议, 然而在许多工程实
际中, 智能体的全部状态信息并不总是可测量到的.
文献 [9] 提出了一种基于相对输出信息的观测器型的
一致性协议, 并且提出了一致性区域的概念. 基于 文
献 [9], 文献 [10] 针对连续和离散两种线性系统, 提出
了基于降阶观测器型的一致性算法. 上述文献讨论的
均是无领航者情况下的一致性问题, 由于在很多实际
应用中, 要求多智能体系统跟随某个指定的智能体
或某个参考信号, 即系统存在一个领航者. 领航者的
运动不受其他智能体的影响, 而其他智能体跟随领航
者, 此类问题称作领航跟随控制或跟踪控制问题. 文
献 [1] 考虑了多智能体系统的领航跟随控制问题, 证
明了只要所有的跟随者之间的通信拓扑是联合连通
收稿日期: 2012-06-27 ；修回日期: 2012-12-20.
基金项目: 国家自然科学基金项目(61074031).
作者简介: 宋莉(1985−), 女, 博士生, 从事多智能体协作控制、𝐻
∞
控制的研究；伍清河(1955−), 男, 教授, 博士生导师,
从事大系统控制、鲁棒控制等研究.
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