59、多智能体系统协同跟踪控制拓扑分析

多智能体系统协同跟踪控制拓扑分析

在当今科技飞速发展的时代，多智能体系统（MAS）的应用越来越广泛，如机器人协作、航天器编队等。其中，航天器作为多智能体的应用场景备受关注，例如用于太空殖民、导航、气象观测、货物和人员运输等。在多智能体系统中，实现协同跟踪控制是一个关键问题，而信息交换拓扑的选择对协同跟踪的效果起着至关重要的作用。

1. 多智能体系统概述

多智能体系统由多个独立的智能体组成，它们通过适当的通信媒介协同工作，以实现特定的协调任务。在多智能体系统中，通常存在两种控制问题：
- 无领导者共识（协同调节器） ：所有智能体被驱动到一个共识平衡点，该平衡点取决于智能体的初始条件。
- 领导者 - 跟随者共识（协同跟踪） ：所有跟随者智能体同步跟踪作为命令生成器的领导者智能体，领导者的状态可以被部分或全部跟随者接收。

协同跟踪控制在过去得到了广泛的研究，许多学者提出了不同的解决方案。例如，在研究多个欧拉 - 拉格朗日系统的协同跟踪控制时，分析了在切换通信网络拓扑下智能体的状态同步和轨迹跟踪；在研究多个四旋翼的协同跟踪时，考虑了跟随者状态反馈到领导者的情况，但这种反馈在实际应用中可能不可行；在研究多无人机的协同跟踪问题时，验证了在特定固定拓扑下与虚拟领导者连接的有效性。

2. 图论基础

在多智能体系统中，信息交换拓扑可以用图来建模，图可以分为有向图和无向图。
- 无向图 ：表示为 (G = (V, E))，其中 (V = {1, 2, …, N}) 是顶点集，(E \in V \times V) 是无向边集。