Une étude présente une nouvelle structure de protocole pour parvenir à un consensus à temps fini sur les systèmes multi-agents
Les problèmes de consensus, dans lesquels un groupe d'agents, tels que des véhicules sans pilote, des machines ou des robots, doivent se mettre d'accord sur certaines variables uniquement par le biais d'une communication locale entre eux, ont attiré une attention considérable en tant que question fondamentale du contrôle coopératif des systèmes multi-agents. En termes simples, un système multi-agents comprend plusieurs agents décisionnels qui interagissent entre eux dans un environnement commun pour atteindre des objectifs communs ou contradictoires selon la situation.
Selon que les agents suivent un leader prédéterminé, ces problèmes peuvent être classés en consensus sans leader ou en consensus avec leader. Les chercheurs ont étudié de manière approfondie les deux types de problèmes et développé des protocoles consensuels. Cependant, la plupart des protocoles actuels ne fournissent qu’un consensus asymptotique.
Certaines applications nécessitent un consensus exact dans un temps limité ou un consensus dans un temps fini. L’obtention d’un tel consensus entraîne une amélioration de la précision et de la stabilité du contrôle. Dans les applications pratiques, le consensus en temps fini nécessite un effort de contrôle considérable. Cependant, il existe des limites physiques à l’effort de contrôle qui, si elles sont négligées, peuvent dégrader les performances du contrôleur.
Des études ont exploré des solutions pour les méthodes de contrôle à temps fini soumises à des contraintes, mais la plupart des méthodes reposent sur la théorie de l'homogénéité, dans laquelle il est difficile d'assurer la convergence d'un consensus et où un temps de stabilisation exact est difficile à estimer.
Pour résoudre ces problèmes, une équipe de chercheurs, comprenant le professeur Zongyu Zuo, M. Jingchuan Tan et M. Ruiqi Ke, tous de l'université de Beihang, en Chine, et le professeur Qing-Long Han, membre de l'IEEE, de l'université de technologie de Swinburne, en Australie, ont développé un nouvelle structure de protocole pour parvenir à un consensus global et semi-mondial à temps fini pour les systèmes multi-agents sans leader et avec suivi de leader. Leur étude a été publiée dans le Journal IEEE/CAA d'Automatica Sinica.
L’équipe était motivée par une fascination pour le potentiel des systèmes robotiques et de l’intelligence artificielle pour transformer notre vie quotidienne et relever des défis sociétaux complexes de manière efficace et durable. Le professeur Zuo explique intuitivement leur travail : « Imaginez un groupe de danseurs qui doivent exécuter une routine synchronisée, sans se voir directement, en suivant uniquement les indications de ceux qui se trouvent à proximité. Notre travail s'apparente à la création d'un ensemble de règles qui aident ces danseurs à se synchroniser. parfaitement en peu de temps, garantissant que tout le monde fonctionne parfaitement ensemble, même s'ils ont des limites dans la rapidité avec laquelle ils peuvent se déplacer.
Les protocoles présentés dans l’étude utilisent une fonction tangente hyperbolique, au lieu de la fonction de saturation non lisse utilisée dans les protocoles traditionnels. Ces protocoles garantissent un consensus à temps fini global et semi-global pour les systèmes de type intégrateur et double intégrateur, respectivement. De plus, ils permettent également de calculer explicitement une limite supérieure pour le temps de stabilisation et un niveau de contrôle limité prescrit par l'utilisateur pour les systèmes en boucle fermée, ce qui les rend très pratiques et précieux pour les applications du monde réel.
De plus, contrairement aux protocoles traditionnels, la fonction tangente hyperbolique évite d’avoir à déterminer la saturation d’entrée pour chaque agent, simplifiant ainsi la conception et l’analyse de stabilité des protocoles. Les chercheurs ont démontré l’efficacité de la nouvelle structure de protocole à travers des exemples illustrant des systèmes multi-agents à simple et double intégrateur et en l’appliquant à un système pratique doté de plusieurs moteurs à courant continu.
Soulignant les applications pratiques de cette étude, le professeur Zuo déclare : « Ces protocoles ont de larges applications, telles que les flottes de drones autonomes pour des tâches agricoles ou de surveillance, le contrôle coordonné des bras robotiques et les systèmes de feux de signalisation synchronisés.
« En fin de compte, nos recherches pourraient améliorer l'efficacité et la fiabilité des systèmes autonomes. Par exemple, de meilleurs systèmes de gestion du trafic pourraient réduire les embouteillages et la pollution, tandis que des robots d'intervention en cas de catastrophe mieux coordonnés pourraient sauver des vies en cas de crise. »
Dans l’ensemble, la structure de protocole innovante marque une réussite significative dans le domaine des problèmes de consensus, conduisant à des systèmes autonomes multi-agents améliorés.
Fourni par l'Association chinoise de l'automatisation
