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Finite-time consensus for multi-agent systems via nonlinear control protocols
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资源说明：本文研究了多智能体系统在有限时间内达成共识的问题，并针对单积分器和双积分器动态模型构建了一些新颖的非线性协议。这些非线性协议是为一阶和二阶的领导者-跟随者多智能体系统特别设计的。通过有限时间控制技术、图论以及Lyapunov直接方法，提出了一些理论结果以确保所有跟随智能体的状态能够以有限时间收敛至其领导者智能体的状态。最终，通过仿真结果展示了所提出理论成果的有效性。
多智能体系统的共识问题近年来受到了广泛的关注，吸引了众多研究力量，这部分得益于其在多个领域内的广泛应用，比如多个移动机器人的运动控制、编队控制以及目标追踪和避障等。共识意味着一组智能体通过与邻居通信，最终达到对某一共同值的一致性。共识问题已经在许多不同的角度被研究过。例如，Ren等人研究了连续系统和离散时间系统的共识问题，Cortes系统地推导出了分布式算法达成共识状态的必要充分条件，这些共识状态是一般连续函数，与所有智能体的初始状态有关。
本文研究的关键点包括：
1. 有限时间共识：与传统的一致性控制协议不同，有限时间共识协议不仅仅使多智能体系统能够达到一致性，而且保证这一过程是在有限时间内完成的，这对于实时性要求较高的系统尤其重要。
2. 非线性控制协议：本文提出了针对一阶和二阶动态模型的非线性协议。这些协议能够处理更复杂的系统动态，并且能够提供比传统线性控制策略更好的性能。
3. 领导者-跟随者结构：在多智能体系统中，常采用领导者-跟随者结构，即某些智能体作为领导者，其余的作为跟随者。跟随者会根据与领导者以及其他跟随者之间的通信来调节自己的状态，以实现共识。
4. 单积分器与双积分器动态：在多智能体系统中，不同的智能体可能有不同的动态特性，单积分器代表了速度恒定的动力学特性，而双积分器则代表了加速度恒定的动力学特性。本文针对这两种不同类型的动态模型分别设计了控制协议。
5. 图论和Lyapunov直接方法的应用：图论用于描述多智能体系统中智能体之间的通信拓扑结构，Lyapunov直接方法则是用于分析系统稳定性的重要数学工具。本文结合这两种方法，确保了系统的稳定性并能够在有限时间内达成共识。
研究方法包括构造非线性控制协议、使用有限时间控制技术和Lyapunov稳定性理论进行系统分析，并利用图论来描述智能体之间的相互作用。通过仿真实验验证了理论结果的有效性，这为多智能体系统在有限时间内实现一致性控制提供了新的理论支持和实践指导。
在多智能体系统中实现有限时间共识，对于分布式计算、机器人协作、智能交通系统等多个领域具有重要的应用价值。通过保证所有智能体在有限时间内达成一致状态，可以实现更为快速和高效的群体决策过程，这对于提高整个系统的反应速度和任务执行效率至关重要。此外，由于采用了非线性控制协议，多智能体系统能够应对更为复杂和动态变化的环境，进一步拓宽了其应用范围。
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