1.3.2　通信網絡切換

通信網絡切換是指由于個體距離、外界干擾或者通信優先級的改變致使通信鏈路發生的斷開或者連接。與傳統單體系統相比，MAS最本質的特點就是網絡化信息傳遞，通信網絡的斷開或連接特性對系統能否實現一致性起著決定性的作用。所以，近年來網絡切換問題一直受到廣泛的關注，學者研究的切換網絡主要有兩種類型：連通切換網絡和聯合連通切換網絡（簡稱聯合連通網絡）。連通切換網絡是指通信拓撲除了在切換時刻以外，其他時間都處于連通狀態，而聯合連通（jointly-connected）網絡是指在一定的時間段內，所有拓撲的構型疊加起來滿足連通條件。聯合連通網絡允許通信鏈路在某些時間段內處于斷開的狀態，而連通切換網絡則不允許。所以，聯合連通網絡更具有一般性，連通切換網絡可視為聯合連通網絡的一種特殊情況。

在早期的研究中，文獻［1］首先提出了聯合連通網絡的定義，并對聯合連通條件下的多Agent一致性問題進行了證明。此后，針對一階和二階積分器系統，大量文獻對網絡切換問題進行了研究。Su等［90］針對更為一般的線性系統，首先將Barbalat定理做了進一步的推廣，并基于此定理，對聯合連通網絡環境下線性一階系統的無領航者的一致性和有領航者的動態跟蹤問題進行了研究。Thunberg等［91］運用代數圖論、凸分析和穩定性理論等對姿態協同問題進行了研究，得到了聯合連通網絡中的兩種協同算法。針對切換拓撲的高階線性系統的協調控制也取得了一些研究成果。Wen等［92］針對高階線性系統，運用M-矩陣理論，研究了時變有向通信拓撲下的聚結問題，并證明了：當控制器出現暫時失效的情況，個體通過和相鄰個體信息交換，仍可實現聚結控制。You等［94］針對隨機切換網絡條件下的離散系統一致性問題，基于穩定性理論和隨機性相關理論，設計了一致性算法。另外，Atrianfar等［95］運用一種基于能量函數的方法，針對二階非線性系統設計了分布式飽和控制算法，實現了切換網絡下的一致性。

目前，針對切換網絡下多EL系統一致性問題的相關文獻還不多見。Mehrabian等［96］針對連通切換網絡下的多EL系統，通過構造共同Lyapunov函數的方法，運用切換系統穩定性的相關理論，基于非漸消駐留時間的概念，證明了系統的狀態收斂到一個弱不變集中，文獻［96］同時對執行器退化和執行器故障情況進行了考慮，分別設計了協調控制算法。文獻［97］運用類似的方法，對切換網絡下的動態跟蹤問題進行了研究，設計了一致跟蹤算法，但該算法要求每個個體都知道領航者的速度和位置信息，在實際應用中，這樣的要求顯得比較苛刻。在此基礎上，文獻［98］利用H_∞最優控制技術，針對切換網絡、EL系統參數不確定性和存在外界干擾的情況設計了一致性算法，證明了所設計的分布式跟蹤算法的穩定性，同時證明系統是輸入-狀態穩定（ISS）的。Min等［78］運用自適應控制技術和切換系統穩定性的相關理論，對無領航者的多EL系統進行了研究，基于Lyapunov函數方法對穩定性進行了證明。最近，Chung等針對大規模衛星編隊系統，設計了一種分布式自適應控制器，該控制器能夠自動調整切換通信拓撲結構，并同時自適應調整Laplace矩陣的權值，運用收縮理論對系統的穩定性進行了證明。值得指出的是，目前針對切換網絡下多EL系統的協調控制研究，主要方法是共同Lyapunov函數法，即通過構造一個不含切換變量的連續Lyapunov函數，并結合非平滑Barbalat定理證明Lyapunov函數的導數趨近于零，從而證明系統的收斂性。