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💥第一部分——内容介绍

基于一致性算法的无人地面车辆UGV+无人飞行器UAV的异构混合高阶多智能体系统研究

摘要：本文聚焦于存在混合阶动态方程的异构多智能体系统的一致性问题展开深入研究。在多智能体系统中，异构特性显著，其中以无人地面车辆（UGV）作为典型代表的二阶智能体，和以无人飞行器（UAV）为代表的高阶智能体共同构成了复杂且多样的系统结构。为准确描述系统行为，本文明确定义了系统的两种一致性类型，即动态一致性与静态一致性。动态一致性强调智能体在运动过程中状态随时间变化的协同性，而静态一致性侧重于智能体最终达到的稳定状态的一致性。针对这两种不同的一致性定义，分别精心设计了相应的一致性控制协议。对于异构多智能体系统这一复杂对象，通过巧妙结合所提出的两种控制协议，运用先进的理论方法深入分析了系统稳定性。最后，借助数值仿真手段，以直观且有力的方式验证了所设计控制协议的有效性，为异构混合高阶多智能体系统的一致性控制提供了坚实的理论支撑与实践参考。
关键词：异构多智能体系统；混合阶；一致性；UGV；UAV

一、引言

随着科技的不断进步，多智能体系统在众多领域展现出巨大的应用潜力，如智能交通、灾害救援、军事侦察等。在多智能体系统中，异构性是普遍存在的现象，不同类型智能体具有不同的动态特性和能力。无人地面车辆（UGV）和无人飞行器（UAV）作为两种典型的智能体，UGV 通常具有在地面上移动的能力，其动态模型可近似为二阶系统；而 UAV 能够在三维空间中自由飞行，其动态模型往往更为复杂，属于高阶系统。将这两种不同类型的智能体组成异构混合高阶多智能体系统，能够充分发挥它们各自的优势，实现更复杂、更高效的任务。

一致性问题是多智能体系统研究的核心问题之一，它旨在设计合适的控制协议，使得所有智能体在某种度量下达到状态一致。在异构混合高阶多智能体系统中，由于智能体动态方程的阶数不同，传统的一致性控制方法难以直接应用，因此需要研究适用于该系统的一致性算法。本文将针对这一问题，定义系统的一致性类型，设计相应的一致性控制协议，并分析系统的稳定性。

二、异构混合高阶多智能体系统模型

2.1 系统组成

2.2 动态方程

• 

2.3 通信拓扑

三、一致性类型定义

3.1 动态一致性

3.2 静态一致性

静态一致性只关注智能体最终达到的稳定状态的一致性。定义为：对于任意初始状态，存在控制协

四、一致性控制协议设计

4.1 动态一致性控制协议

• 

4.2 静态一致性控制协议

• 

五、系统稳定性分析

5.1 动态一致性稳定性分析

将 UGV 和 UAV 的动态方程和控制协议结合起来，构建整个异构混合高阶多智能体系统的闭环系统。通过将系统状态向量进行适当组合，得到一个高阶线性时不变系统。利用李雅普诺夫稳定性理论，构造合适的李雅普诺夫函数 V(t)，例如：

5.2 静态一致性稳定性分析

六、数值仿真验证

6.1 仿真环境设置

构建一个包含 3 个 UGV 和 2 个 UAV 的异构混合高阶多智能体系统。UGV 的动态模型为二阶系统，UAV 的动态模型为三阶系统。通信拓扑采用有向图，确保图是强连通的。

6.2 动态一致性仿真

设置初始状态，应用动态一致性控制协议进行仿真。通过观察智能体的位置和速度随时间的变化曲线，可以看到所有智能体的位置和速度最终都趋于一致，验证了动态一致性控制协议的有效性。

6.3 静态一致性仿真

同样设置初始状态，应用静态一致性控制协议进行仿真。观察智能体的位置变化曲线，发现所有智能体的位置最终达到一致，而速度不一定相同，验证了静态一致性控制协议的正确性。

七、结论

本文针对基于 UGV 和 UAV 的异构混合高阶多智能体系统，定义了动态一致性和静态一致性两种一致性类型，并分别设计了相应的一致性控制协议。通过李雅普诺夫稳定性理论分析了系统在两种控制协议下的稳定性，并利用数值仿真验证了控制协议的有效性。研究成果为异构混合高阶多智能体系统的一致性控制提供了理论支持，在实际应用中具有重要的指导意义。未来的研究可以进一步考虑通信延迟、智能体故障等更复杂的情况，以提高系统的鲁棒性和可靠性。

📚第二部分——运行结果

🎉第三部分——参考文献 

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🌈第四部分——Matlab代码实现

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