1.3.2　通信网络切换

通信网络切换是指由于个体距离、外界干扰或者通信优先级的改变致使通信链路发生的断开或者连接。与传统单体系统相比，MAS最本质的特点就是网络化信息传递，通信网络的断开或连接特性对系统能否实现一致性起着决定性的作用。所以，近年来网络切换问题一直受到广泛的关注，学者研究的切换网络主要有两种类型：连通切换网络和联合连通切换网络（简称联合连通网络）。连通切换网络是指通信拓扑除了在切换时刻以外，其他时间都处于连通状态，而联合连通（jointly-connected）网络是指在一定的时间段内，所有拓扑的构型叠加起来满足连通条件。联合连通网络允许通信链路在某些时间段内处于断开的状态，而连通切换网络则不允许。所以，联合连通网络更具有一般性，连通切换网络可视为联合连通网络的一种特殊情况。

在早期的研究中，文献［1］首先提出了联合连通网络的定义，并对联合连通条件下的多Agent一致性问题进行了证明。此后，针对一阶和二阶积分器系统，大量文献对网络切换问题进行了研究。Su等［90］针对更为一般的线性系统，首先将Barbalat定理做了进一步的推广，并基于此定理，对联合连通网络环境下线性一阶系统的无领航者的一致性和有领航者的动态跟踪问题进行了研究。Thunberg等［91］运用代数图论、凸分析和稳定性理论等对姿态协同问题进行了研究，得到了联合连通网络中的两种协同算法。针对切换拓扑的高阶线性系统的协调控制也取得了一些研究成果。Wen等［92］针对高阶线性系统，运用M-矩阵理论，研究了时变有向通信拓扑下的聚结问题，并证明了：当控制器出现暂时失效的情况，个体通过和相邻个体信息交换，仍可实现聚结控制。You等［94］针对随机切换网络条件下的离散系统一致性问题，基于稳定性理论和随机性相关理论，设计了一致性算法。另外，Atrianfar等［95］运用一种基于能量函数的方法，针对二阶非线性系统设计了分布式饱和控制算法，实现了切换网络下的一致性。

目前，针对切换网络下多EL系统一致性问题的相关文献还不多见。Mehrabian等［96］针对连通切换网络下的多EL系统，通过构造共同Lyapunov函数的方法，运用切换系统稳定性的相关理论，基于非渐消驻留时间的概念，证明了系统的状态收敛到一个弱不变集中，文献［96］同时对执行器退化和执行器故障情况进行了考虑，分别设计了协调控制算法。文献［97］运用类似的方法，对切换网络下的动态跟踪问题进行了研究，设计了一致跟踪算法，但该算法要求每个个体都知道领航者的速度和位置信息，在实际应用中，这样的要求显得比较苛刻。在此基础上，文献［98］利用H_∞最优控制技术，针对切换网络、EL系统参数不确定性和存在外界干扰的情况设计了一致性算法，证明了所设计的分布式跟踪算法的稳定性，同时证明系统是输入-状态稳定（ISS）的。Min等［78］运用自适应控制技术和切换系统稳定性的相关理论，对无领航者的多EL系统进行了研究，基于Lyapunov函数方法对稳定性进行了证明。最近，Chung等针对大规模卫星编队系统，设计了一种分布式自适应控制器，该控制器能够自动调整切换通信拓扑结构，并同时自适应调整Laplace矩阵的权值，运用收缩理论对系统的稳定性进行了证明。值得指出的是，目前针对切换网络下多EL系统的协调控制研究，主要方法是共同Lyapunov函数法，即通过构造一个不含切换变量的连续Lyapunov函数，并结合非平滑Barbalat定理证明Lyapunov函数的导数趋近于零，从而证明系统的收敛性。