1、2016 年教育部自然科學獎推薦項目公示材料1、項目名稱：多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)同控制2、推薦獎種：自然科學獎3、推薦單位 : 東南大學4、項目簡介 :多智能體系統(tǒng)是20 世紀末至21 世紀初分布式人工智能領域的國際前沿研究課題，其核心支撐理論是人工智能、分布式控制和分布式計算。進入21 世紀，人們在解決大型、復雜的工程問題時，發(fā)現(xiàn)單個智能體的能力已經(jīng)無法勝任，需要多個智能體在網(wǎng)絡環(huán)境下以信息通訊的方式組成多智能體系統(tǒng)協(xié)同地解決工程問題。典型的多智能體系統(tǒng)包括多機器人系統(tǒng)，多無人機系統(tǒng)，智能電網(wǎng)和分布式衛(wèi)星系統(tǒng)等。本項目系統(tǒng)深入研究了多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制的共性問題、網(wǎng)絡結構控制、通訊受限等關鍵科

2、學問題，取得的重要科學發(fā)現(xiàn)如下：(1) 通過引入一致性區(qū)域 的概念，把二階和高階系統(tǒng)一致性問題轉(zhuǎn)化為研究一致性區(qū)域的穩(wěn)定性范圍， 給出了具有固定網(wǎng)絡拓撲的多智能體線性系統(tǒng)二階和高階一致性的充分必要條件 ，解決了長期困惑研究者的多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制器設計的本質(zhì)問題 ；提出有向網(wǎng)絡的廣義代數(shù)連通度作為有向網(wǎng)絡收斂判別的基本依據(jù)，推廣了無向網(wǎng)絡的代數(shù)連通度。(2) 給出了牽制控制無向網(wǎng)絡實現(xiàn)同步的一般條件；克服非對稱網(wǎng)絡拓撲結構的本質(zhì)困難，解決了有向網(wǎng)絡同步牽制控制的挑戰(zhàn)問題；采用圖分解引入匹配割點和割集，完善了矩陣分解的譜理論，解決網(wǎng)絡牽制控制一個結點的最優(yōu)控制的關鍵難題。(3) 利用非奇異 M

3、矩陣理論和切換系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，突破了通過求解閉環(huán)系統(tǒng)的解曲線，然后再進行穩(wěn)定分析的技術性瓶頸，發(fā)現(xiàn)了具有間歇信息通訊的二階多智能體系統(tǒng)一致性的實現(xiàn)與降階后的低維切換系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的內(nèi)在本質(zhì)聯(lián)系，解決了切換有向拓撲下多智能體系統(tǒng)的協(xié)同一致性的難題。項目組近年來在 IEEE、Automatica、 SIAM 等本領域著名期刊上發(fā)表多智能體系統(tǒng)協(xié)同控制 SCI 論文 110 篇。 10 篇代表性論文 SCI 他引 1159 次， WOS 他引 1433 次， Google Scholar他引 2165 次，全部為 ESI 工程領域前 1% 高被引論文，9 篇論文 Google Scholar 他

4、引超過 100 次， 6 篇論文發(fā)表至今在所在期刊的 SCI 引用排名居于前 2 位，被 38 位院士和 IEEE Fellow 在 Nature、NaturePhysics、 IEEE 匯刊等正面評價，相關成果獲亞洲控制會議最佳論文獎、 IEEE 電路與系統(tǒng)協(xié)會神經(jīng)系統(tǒng)與應用技術委員會最佳理論論文獎、全國復雜網(wǎng)絡學術會議最佳學生論文獎、IEEE 國際電路與系統(tǒng)會議最佳學生論文獎提名等。多智能體系統(tǒng)分布式協(xié)同控制專著獲得國家科學技術學術著作出版基金資助。項目三位完成人 2014和2015年均入選湯森路透全球 “高被引科學家 ”(21個學科中國學者入選 134和148人)，分別入選工程、計算機科

5、學、數(shù)學和物理四個領域。第一完成人關于多智能體系統(tǒng)的研究獲國家優(yōu)秀青年科學基金和萬人計劃青年拔尖人才資助、 Scopus“青年科學之星 ”信息科學領域金獎。 第二完成人由于在網(wǎng)絡分析的貢獻當選 IEEE Fellow。第四完成人由于在網(wǎng)絡科學的貢獻當選歐洲科學院院士和第三世界科學院院士 ，并應 Science 編輯 A. Cho 邀請對 Nature 封面論文做專題評述。項目組完成人曾任信息工程技術領域 IEEE 自動控制、電路與系統(tǒng)I 和 II 、神經(jīng)網(wǎng)絡與學習系統(tǒng)、控制論5個匯刊的編委。5、主要完成人情況表(1) 虞文武，排名 1，教授，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學對本項目技術創(chuàng)

6、造性貢獻：1. 通過引入一致性區(qū)域的概念，給出了具有固定網(wǎng)絡拓撲的多智能體線性系統(tǒng)二階和高階一致性的充分必要條件；提出有向網(wǎng)絡的廣義代數(shù)連通度作為有向網(wǎng)絡收斂判別的基本依據(jù)，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 1；2. 給出了牽制控制無向網(wǎng)絡實現(xiàn)同步的一般條件；克服非對稱網(wǎng)絡拓撲結構的本質(zhì)困難，解決了有向網(wǎng)絡同步牽制控制的挑戰(zhàn)問題，屬重要科學發(fā)現(xiàn)2；3. 利用非奇異 M矩陣理論和切換系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，并給出了多智能體系統(tǒng)實現(xiàn)一致性的判別準則，提出了一類拓撲依賴的切換 Lyapunov 函數(shù)構造方式，解決了切換有向拓撲下多智能體系統(tǒng)的協(xié)同一致性的難題，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 3。本人是全部 10 篇代表性論文的作者之一（

7、7 篇第一作者， 8 篇通信作者）。曾獲國家科技獎勵情況：無(2) 曹進德，排名 2，教授，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：1. 通過創(chuàng)造性地將基于連續(xù)相對位置信息的連續(xù)控制器和基于采樣相對位置信息的非連續(xù)控制進行有效結合，給出了相對速度信息的估計，進而給出了閉環(huán)多智能體系統(tǒng)實現(xiàn)一致性的充分必要條件；利用非奇異 M矩陣理論和切換系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，解決了切換有向拓撲下多智能體系統(tǒng)的協(xié)同一致性的難題，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 3。本人是代表性論文5、10 的作者之一。曾獲國家科技獎勵情況：無(3) 溫廣輝，排名 3，講師，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學對本項目技術創(chuàng)造

8、性貢獻：1. 利用非奇異 M矩陣理論和切換系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法，提出了研究切換有向拓撲下具有 Lipschitz 型非線性特性的多智能體系統(tǒng)一致性問題的一般性理論框架。突破了通過求解閉環(huán)系統(tǒng)的解曲線，然后再進行穩(wěn)定分析的技術性瓶頸；通過深入分析閉環(huán)多智能體系統(tǒng)的動力學結構性質(zhì)，提出了一類拓撲依賴的切換 Lyapunov 函數(shù)構造方式，解決了切換有向拓撲下多智能體系統(tǒng)的協(xié)同一致性的難題，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 3。本人是代表性論文8、9 的作者之一。曾獲國家科技獎勵情況：無(4) 陳關榮，排名 4，教授，工作單位：香港城市大學，完成單位：香港城市大學大學對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：1. 通過引入一致性區(qū)域的概

9、念，給出了具有固定網(wǎng)絡拓撲的多智能體線性系統(tǒng)二階和高階一致性的充分必要條件；提出有向網(wǎng)絡的廣義代數(shù)連通度作為有向網(wǎng)絡收斂判別的基本依據(jù)，屬重要科學發(fā)現(xiàn)1；2. 給出了牽制控制實現(xiàn)同步的一般條件；研究了一般有向網(wǎng)絡同步的牽制控制策略這樣一個挑戰(zhàn)問題，克服上述非對稱網(wǎng)絡拓撲結構的本質(zhì)困難，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 2；3. 提出了一類拓撲依賴的切換 Lyapunov 函數(shù)構造方式，解決了切換有向拓撲下多智能體系統(tǒng)的協(xié)同一致性的難題，屬重要科學發(fā)現(xiàn) 3。本人是代表性論文1-9 的作者之一。曾獲國家科技獎勵情況：1. 國家自然科學二等獎 混沌反控制與廣義 Lorenz 系統(tǒng)族的理論及其應用，2008-Z-107

10、-2-05-R02, 2008,排名第 12. 國家自然科學二等獎 若干新型非線性電路與系統(tǒng)的基礎理論及其應用，2012-Z-107-2-04-R01, 2012,排名第 26、代表性論文專著目錄1. 不超過 10 篇代表性論文、專著序論文、專著號名稱 /刊名 /作者On pinningsynchronization ofcomplex dynamical1 networks/Automatica/We nwu Yu, Guanrong Chen, Jinhu L ü年卷頁通訊作SCI他是者 /第一引否碼他影響因發(fā)表作者國引總子年 (卷):年月( 中內(nèi)次次完頁碼文名 )數(shù)數(shù)成2009

11、(45)2009. 虞文武 /279 478 是3.020虞文武: 429-43502Some necessary and2010(46)sufficient conditions for虞文武 /2 second-order consensus in 3.0202010.207 419 是: 1089-虞文武multi-agent dynamical06systems/Automatica/Wen1095wu Yu, Guanrong Chen,Ming CaoSecond-order consensus for multiagent systems with directed topolo

12、gies and nonlinear dynamics/ IEEE Transactions on3 Systems, Man, and Cybernetics-Part B/Wenwu Yu, Guanrong Chen, Ming Cao, J rgenü KurthsConsensus in directed networks of agents with nonlinear dynamics/IEEE4 Transactions on Automatic Control /Wenwu Yu, Guanrong Chen, Ming CaoSecond-order consen

13、sus in multi-agent dynamical systems with sampled position5 data/Automatica/Wenwu Yu, Weixing Zheng, Guanrong Chen, Wei Ren, Jinde CaoDistributed higher order consensus protocols in multiagent dynamical systems/IEEE6 Transactions on Circuits and Systems I/Wenwu Yu, Guanrong Chen, Wei Ren, Jürge

14、n Kurths, Weixing ZhengDistributed control gains design for consensus in multi-agent systems with second-order nonlinear7 dynamics/Automatica/We nwu Yu, Wei Ren, Weixing Zheng, Guanrong Chen, Jinhu LConsensus in multi-agent systems with8 communication constraints/ International Journal of Robust and

15、 Nonlinear Control3.4692.7793.0202.4033.020ü3.1762010(40)2010. 虞文武 /181 358 是: 881-89106虞文武2011(56)虞文武 /2011.82159 是: 1436-虞文武0614412011(47)虞文武 /2011.83149 是: 1496-虞文武0715032011(58)虞文武 /2011.61117 是: 1924-虞文武0819322013(49)虞文武 /2013.3783是: 2107-虞文武0721152012(22) 2012.虞文武 /55104 是: 170-18201溫廣輝/Guanghui Wen, ZhishengDuan, Wenwu Yu,Guanrong ChenConsensus tracking ofmulti-agent systems withLipschitz-Type nodedynamics and switching2014(61)2014. 溫廣輝 /9topologies/ IEEE60108 是Transactions on Circuits2.403溫廣輝: 499-51102and Syste