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(yōu)先級的改變致使通信鏈路發(fā)生的斷開或者連接。與傳統(tǒng)單體系統(tǒng)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(tǒng)能否實現(xiàn)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(lián)合連通切換網絡（簡稱聯(lián)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(tài)，而聯(lián)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(lián)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(tài)，而連通切換網絡則不允許。所以，聯(lián)合連通網絡更具有一般性，連通切換網絡可視為聯(lián)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(lián)合連通網絡的定義，并對聯(lián)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(tǒng)，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(tǒng)，首先將Barbalat定理做了進一步的推廣，并基于此定理，對聯(lián)合連通網絡環(huán)境下線性一階系統(tǒng)的無領航者的一致性和有領航者的動態(tài)跟蹤問題進行了研究。Thunberg等［91］運用代數圖論、凸分析和穩(wěn)定性理論等對姿態(tài)協(xié)同問題進行了研究，得到了聯(lián)合連通網絡中的兩種協(xié)同算法。針對切換拓撲的高階線性系統(tǒng)的協(xié)調控制也取得了一些研究成果。Wen等［92］針對高階線性系統(tǒng)，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(xiàn)暫時失效的情況，個體通過和相鄰個體信息交換，仍可實現(xiàn)聚結控制。You等［94］針對隨機切換網絡條件下的離散系統(tǒng)一致性問題，基于穩(wěn)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(tǒng)設計了分布式飽和控制算法，實現(xiàn)了切換網絡下的一致性。

目前，針對切換網絡下多EL系統(tǒng)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(tǒng)，通過構造共同Lyapunov函數的方法，運用切換系統(tǒng)穩(wěn)定性的相關理論，基于非漸消駐留時間的概念，證明了系統(tǒng)的狀態(tài)收斂到一個弱不變集中，文獻［96］同時對執(zhí)行器退化和執(zhí)行器故障情況進行了考慮，分別設計了協(xié)調控制算法。文獻［97］運用類似的方法，對切換網絡下的動態(tài)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(yōu)控制技術，針對切換網絡、EL系統(tǒng)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(wěn)定性，同時證明系統(tǒng)是輸入-狀態(tài)穩(wěn)定（ISS）的。Min等［78］運用自適應控制技術和切換系統(tǒng)穩(wěn)定性的相關理論，對無領航者的多EL系統(tǒng)進行了研究，基于Lyapunov函數方法對穩(wěn)定性進行了證明。最近，Chung等針對大規(guī)模衛(wèi)星編隊系統(tǒng)，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(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)的協(xié)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(xù)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(tǒng)的收斂性。