基于自适应分布式滤波观测器的多智能体系统编队控制

本文考虑了全局指令系统输出信息受到信道扰动情况下线性多智能体系统的编队控制问题.首先,基于协作式输出调节理论框架对线性多智能体系统的编队控制问题进行数学建模.其次,针对受到信道扰动的全局指令系统输出信息,提出了一类基于受扰输出的自适应分布式滤波观测器,在降低网络信息交换量的同时消除扰动的影响.最后,设计了输出反馈确定等价控制律,解决了线性多智能体系统的分布式编队控制问题.给出了数值仿真结果检验控制性能.

基于分布式观测器的多自主水下机器人确定学习控制

针对多自主水下机器人的一致性跟踪问题,提出一种基于新型分布式观测器的一致性跟踪策略.对于具有未知非线性动态的引导者,首先利用确定学习理论将引导者的未知动态表示为具有常数权值的径向基函数神经网络;然后,设计一种新型的分布式观测器,并证明其观测误差能够指数收敛到零的小邻域内;接着,利用观测到的引导者状态信息,通过反步法和动态面技术为每个跟随者设计分布式跟踪控制器,通过Lyapunov稳定性分析,证明闭环系统中所有信号都是最终一致有界的,且跟随者的跟踪误差能够收敛到原点的小邻域内;最后,通过仿真验证所提出方案的有效性.

无人机-无人车跨域编队跟踪的分布式博弈策略

针对无人机-无人车跨域系统的编队跟踪与扰动抑制问题,开展了领-从架构下考虑存在扰动的跨域编队跟踪的分布式博弈策略研究。首先,建立了含扰动的无人机-无人车编队跟踪模型,每架无人机只使用局部信息来最小化自己的性能指标,而整个跨域系统试图寻求基于通信拓扑的最优决策。其次,提出了一种最差扰动下的博弈策略,并严格证明了系统中存在纳什均衡。然后,引入了一个分布式终端状态观测器,得到了所提出博弈策略的局部实现。最后,搭建了一套无人机-无人车跨域系统验证平台,并通过一个跨域编队跟踪应用案例验证了所提出分布式博弈策略不仅可以有效地抑制扰动,还能形成期望编队队形,并且性能指标在数值仿真和实物试验下的差异不超过0.6%,证明所提出分布式博弈策略有良好的实用性。

带有观测器的广义多智能体系统二分一致性

本文研究了带有观测器的广义多智能体系统的二分一致性问题.根据符号图的特性,提出了一种基于广义观测器的分布式二分一致性控制协议.以广义系统稳定性理论和代数图论为主要研究工具,分析并得到了广义多智能体系统实现二分一致性的充分条件.利用广义观测器的相对和绝对信息设计了两种新的二分一致性控制协议.数值仿真验证了理论结果的准确性和有效性.

基于观测器的多智能体网络leader-following编队控制

主要研究了leader-following多智能体网络的分布式编队问题。假设多智能体网络中的每个follower不能实时得到leader的信息,针对每个follower设计相应的分布式观测器。考虑了无时延的切换拓扑多智能体网络和存在时变时延的固定网络两种情况。利用Lyapunov稳定定理,给出了系统稳定和控制协议有效的充分条件。最后,给出了数字仿真结果以验证所设计协议的有效性,即followers形成所要求的编队并且与leader达到速度一致。

基于观测器的离散互联系统的故障诊断

研究了一类不确定离散互联系统的故障诊断问题。将改进的快速自适应估计（FAFE）算法应用到了离散互联系统的故障估计中,设计了分布式故障观测器。由于采用了改进的FAFE算法,在设计过程中可以避免计算原来FAFE算法需要的约束条件,从而解决了系统中带有不确定参数时这种约束条件难以计算的问题。同时改进的FAFE算法可以保持原来算法的精度。基于H∞鲁棒稳定性理论,证明了观测器的故障估计误差和状态估计误差是鲁棒稳定的且满足H∞性能指标。最后,在仿真中考虑了多个故障情形,并通过实例证明了本理论和方法的正确性。

航天器集群协同目标伴飞分布式控制

研究航天器集群协同目标伴飞问题,提出一种分布式自适应控制策略,使得每个跟随航天器在相对于目标航天器的指定位置与其保持相对静止状态。首先,为解决目标的运动信息只对于部分航天器已知且目标的加速度不可测量的问题,设计了分布式姿态和位置观测器;然后,将观测值作为每个跟随航天器的期望轨迹,设计了一种不依赖惯性参数的自适应控制策略。稳定性分析证明所提出的分布式自适应控制策略保证了受控闭环系统是一致渐近稳定的。最后,仿真算例验证了该控制策略的有效性。

多体线性系统一致性分布观测控制器设计

现有跟踪自治线性领导者系统的一致性算法在领导者带有控制输入的情况下会有较大的跟踪误差,因此设计了一种在切换网络条件下,针对领导者、跟随者均为一般线性系统的多体一致性分布式观测器与控制器。设计使用邻近节点的局部信息状态,通过构造分布式观测器来重构领导者系统的参考状态与控制激励,并使用各跟随节点的观测值构造控制器来完成对领导者的一致性控制。此外,轮式机器人编队控制实例说明了该算法在跟随节点需要保持可变相对状态偏差条件下的应用方法,仿真结果验证了算法的有效性。

FDI攻击下互联电力系统的分布式安全状态估计

针对虚假数据注入(FDI)攻击下的多区域互联电力系统安全状态估计问题,提出一种分布式中间观测器,同时对各区域电力系统的状态、虚假数据注入攻击信号以及负载偏差进行估计.首先,通过将电力系统的状态和虚假数据注入攻击进行增广,得到等价的区域电力系统状态空间模型;然后,基于等价系统模型构建分布式中间观测器,对各个电力子系统分别进行安全状态估计,并设计补偿控制策略以降低虚假数据注入攻击及负载偏差带来的影响;最后,通过算例仿真验证所提出方法的可行性和有效性.

主-从多飞行器三维分布式协同制导方法

针对三维空间下的多飞行器协同打击问题,基于主飞行器和从飞行器架构提出了两种分布式协同制导方法,实现了所有飞行器最终对目标的同时命中。方法1在定义协调变量的基础上,通过对所选协调变量的一致性协同控制使从飞行器状态同步于主飞行器状态。方法2提出了分布式观测器对主飞行器的状态进行准确估计,各从飞行器通过跟踪观测的主飞行器状态信息实现命中时间的一致。理论分析表明,两种方法都可保证多飞行器同时命中目标。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。

模型不确定下无人艇协同目标跟踪控制

本文针对感知信息不完全、模型参数不确定、海洋环境扰动下的多无人艇系统,文章提出了分布式分层协同目标估计与控制结构.在通信层级,本文设计了基于单向通信拓扑的分布式扩张状态观测器,实现了对非合作目标速度与位置的分布式估计;在控制层级,设计了仅需要相对视距距离的降维扩张状态观测器,不仅实现了对未知动力学不确定性的估计,而且简化了观测器的结构.本文设计了基于降维扩张状态观测器的抗干扰位置跟踪控制律,提高了协同目标跟踪的抗干扰能力.文章采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的.此外,本文证明了闭环系统内跟踪误差是一致最终有界的.仿真结果验证了所提方法的有效性.

拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略

护航策略一直是各军事大国的重点研究内容之一,拒止环境具有强电磁干扰、强对抗博弈等特点,进而对护航策略提出了更高的要求。提出了一种基于分布式时变编队跟踪控制方法的护航策略,该策略中由高成本长机探测到敌方来袭导弹,在进行规避的同时,释放多个低成本僚机担任“忠诚僚机”。采用时变编队跟踪的控制方法,使僚机始终处于长机与敌方来袭导弹的视线轴上,必要时牺牲僚机以保全长机。针对敌方来袭导弹的方位角是全局信息,设计了分布式观测器对其进行估计。在拒止环境下,复杂电磁干扰带来通信时断时续,导致长机与僚机及僚机与僚机之间的通信拓扑存在切换。为应对电磁干扰对通信拓扑的破坏,提高抗电磁干扰能力,考虑僚机外部扰动和长机规避机动动作同时存在的情况,基于观测器理论、自适应控制理论和滑模控制理论,构造了具体通信拓扑切换机制的分布式控制协议,并利用Lyapunov理论证明了僚机采用该协议能够实现拒止环境下基于“忠诚僚机”的护航策略。通过仿真模拟导弹来袭场景,验证了所提策略的有效性。

仅用位置信息的多智能体自适应蜂拥控制

复杂系统的研究中,提出了自适应调节的多智能体蜂拥控制算法。算法首先通过改进人工势函数来保证网络的连通性。再通过构造分布式观测器,用多智能体之间的位置信息来估计多智能体之间的速度信息;同时对观测器权重参数进行自适应调节来降低蜂拥控制模型的参数不确定性的影响。并且从理论上对算法进行了分析,然后给出计算机仿真,证明了算法的有效性。仿真结果表明,上述算法能够使多智能体经过一定时间的调整达到速度一致并进入稳态,且运动过程中保证网络连通性。

集群系统协同控制:机遇与挑战

集群系统的协同是一类重要的集群智能,是新一代人工智能的核心研究领域.集群系统可通过牵制控制、PID控制、分布式观测器设计等方法进行调节与控制,进而涌现出集群智能.首先介绍集群系统协同控制的研究背景及意义,然后阐述集群系统协同控制中3种典型控制方法的研究进展,最后提出集群系统协同控制技术的未来发展趋势及下一步的工作方向.

有限时间内异构多智能体系统的协同输出调节

针对异构多智能体系统有限时间输出调节问题,本文提出了分布式有限时间状态观测器控制算法和相应的输出反馈控制策略.应用图论、Lyapunov稳定性理论证明了所设计的观测器能够在有限时间内估计出外部系统状态,同时可以保证系统在有限时间内的稳定性,很好的解决了当部分跟随者无法获取外部命令时的有限时间输出调节问题.最后,通过MATLAB数值仿真验证了该协议的有效性和正确性,仿真结果表明系统除了在有限时间内获得更快的收敛速度外,还具有良好的暂态性能.

基于输出调节的异构多自主体系统编队控制

将leader假设为外部系统,研究了基于输出调节的异构高阶多自主体系统的分布式编队控制。假设follower自主体不能得到leader自主体的信息,设计了分布式观测器和动态状态反馈控制器;为了实现编队控制,构造了新的误差函数。理论分析表明:在多自主体网络拓扑满足一定条件时,follower自主体在所设计的控制器的作用下可以实现编队,并且跟踪leader的轨迹。仿真结果证明了所设计的控制器有效。

基于领导者-跟随者模型的异质多智能体系统一致性

针对由一阶智能体、二阶智能体以及Euler-Lagrange智能体组成的异质多智能体系统,研究在领导者-跟随者网络模型下系统一致性的问题。当系统中存在一个一阶静态领导者时,跟随者之间的网络拓扑是无向连通的,设计了一致性控制协议,应用图论知识与拉塞尔不变集原理证明了协议的可行性;另外,当异质系统中有一个动态二阶领导者时,跟随者无法获取领导者的速度信息,采用设计分布式状态观测器的方法,给出了系统的一致性控制协议。一些仿真算例验证了所得结论的有效性。

带有输入时滞的领导跟随系统扰动抑制一致性

针对一类受到外部干扰且有输入时滞的多智能体系统,讨论了在固定有向拓扑下的领导跟随扰动抑制一致性问题;首先,对于存在外部干扰的多智能体系统,给出分布式状态观测器,使得每个智能体的系统状态和外部干扰被同时估计;其次,基于截取预测方法,利用邻居智能体相对输出信息获得的状态估计和自身干扰估计为每个智能体设计一致性协议;然后,用Lyapunov-Krasovskii理论对系统的观测性和稳定性进行分析,获得满足多智能体系统稳定的充分条件,并将控制器增益和观测器增益求解转化为求解线性矩阵不等式(LMIs)的形式;最后,通过一个仿真例子来验证所得结果的可行性和有效性。

有向拓扑下网络化运动控制系统的容侵同步控制

针对有向通信拓扑下网络化多轴运动控制系统受到网络攻击威胁及未建模不确定性影响,其轨迹同步控制精度迅速下降,提出了一种基于分布式中间观测器的容侵同步控制方法;首先将非线性未建模不确定性分解成控制通道匹配分量和不匹配分量,进而将攻击、领航者的参考输入和非线性匹配部分合并成一个组合未知输入信号,通过设计分布式中间观测器对跟踪误差系统的状态、组合未知输入信号进行估计并设计容侵同步控制协议;利用李雅普诺夫函数证明跟踪误差系统稳定性;网络化多轴运动控制系统的实验结果表明所提方法能够保证系统具有良好的容侵同步控制性能,并且能够通过调节特定参数确保跟踪误差系统对于不匹配非线性不确定性的鲁棒性。

基于事件触发的异构多智能体最优包含控制

针对异构多智能体系统的输出包含控制问题,提出一种基于边的事件触发最优控制协议,保证所有跟随者的输出能进入到由领航者的输出所形成的凸包中。同时,使系统达到最优性能,最小化控制代价。考虑到不是所有的跟随者都可获得领航者的信息,提出一种基于边的分布式事件触发观测器,估计领航者输出形成的凸包内点的轨迹。设计加权代价函数评价包含控制的性能,并将输出包含问题转化为最优状态反馈控制设计问题。利用贝尔曼方程和黎卡提方程,给出异构多智能体系统最优输出包含控制的参数设计。选择不同类型的机器人构成多智能体系统,验证算法的有效性。