Cooperative Optimal Control for Multi-Agent Systems on Directed Graph Topologies

共识 网络拓扑 多智能体系统 拉普拉斯矩阵 最优控制 数学优化 图形 数学 计算机科学 有向图 拓扑(电路) 理论计算机科学 离散数学 组合数学 人工智能 操作系统
作者
Kristian Hengster Movric,Frank L. Lewis
出处
期刊:IEEE Transactions on Automatic Control [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:59 (3): 769-774 被引量:333
标识
DOI:10.1109/tac.2013.2275670
摘要

This note brings together stability and optimality theory to design distributed cooperative control protocols that guarantee consensus and are globally optimal with respect to a positive semi-definite quadratic performance criterion. A common problem in cooperative optimal control is that global optimization problems generally require global information, which is not available to distributed controllers. Optimal control for multi-agent systems is complicated by the fact that the communication graph topology interplays with the agent system dynamics. In the note we use an inverse optimality approach together with partial stability to consider the cooperative consensus and pinning control. Agents with identical linear time-invariant dynamics are considered. Communication graphs are assumed directed and having fixed topology. Structured quadratic performance indices are derived that capture the topology of the graph, which allows for global optimal control that is implemented using local distributed protocols. A new class of digraphs is defined that admits a distributed solution to the global optimal control problem, namely those with simple graph Laplacian matrices.
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