通信拓扑切换下的预定时间分组协同制导方法

针对通信网络拓扑结构切换下的协同制导问题,提出了一种预定时间协同制导方法(PTCGL),以保证拓扑切换下的预定时间分组收敛。首先,建立三维飞行器协同制导模型和拓扑切换下的分组协同架构:组间利用小组领队飞行器之间的协作实现分组配合,组内则通过有向通信实现组协同。随后,在通信网络拓扑结构切换的情况下,结合牵制控制和预定时间理论,基于M矩阵假设的牵制分组误差和预定时间尺度函数提出拓扑切换三维预定时间协同制导律。进一步,考虑拓扑切换驻留时间,利用Lyapunov理论证明在通信拓扑切换的情况下,该制导律可实现预定时间收敛。最后,数值仿真结果验证了所提出的协同制导方法可实现在拓扑切换下的预定时间收敛、保证分组协同打击。

考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制

孤岛微电网在运行过程中对其输出电压、频率控制有较高的实时性要求。考虑孤岛微电网运行过程中易受负载投切、通信拓扑切换等多种干扰的影响,提出了一种改进的考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制方法,实现孤岛微电网输出电压、频率的有限时间调节控制。首先,在传统的有限时间控制算法中加入一项幂指数为1的跟踪误差控制项,构建孤岛微电网有限时间分布式一致性电压、频率控制算法,并且分别建立闭环随机系统模型。其次,通过Lyapunov稳定性判定方法验证所提方法的稳定性,并计算出有限时间上界表达式。最后,在Matlab/Simulink上通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

通信拓扑切换下车辆队列分布式模型预测控制

考虑通信拓扑切换下异质非线性车辆队列系统协同控制问题,提出一种能够保证车辆队列稳定和弦稳定的分布式模型预测控制策略.先结合车辆队列动态通信拓扑切换过程,构建与时间相关的图函数,再利用邻居车辆状态信息描述平均协同代价函数,并将其引入局部滚动时域优化控制问题.进一步,应用平均停留时间概念和切换系统Lyapunov稳定性理论,建立通信拓扑切换下车辆队列闭环系统的内部稳定性和弦稳定性充分条件.最后通过两组典型交通场景的对比仿真验证本文策略的有效性.

切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。

切换通信拓扑下线性多智能体系统的鲁棒协同输出跟踪控制

针对存在外界扰动一类线性多智能体系统,设计了一种鲁棒的分布式输出跟踪控制器。该算法适用于智能体之间的通信拓扑有向且可能时变(切换)的情况。控制器结构包括两部分:第一部分可以保证跟踪误差在理想情况下(不存在外界干扰的情况)一致指数收敛;另一部分用来抵消或减弱实际存在的外界干扰效应。数学上证明了该控制器可以完全抑制常值干扰的影响,即在存在常值干扰的情况下,跟踪误差依然渐近收敛到零;而对于其他类型的导数有界干扰,通过选择设计参数可以保证跟踪误差的最终界可以任意小。最后,通过一个数值仿真实例,验证了这两方面的结论。

线性时滞多智能体系统多类型拓扑切换下的一致性

针对带有时变时滞协议的连续时间线性高阶多智能体系统在多类型有向通信拓扑切换下的一致性问题进行研究.考虑多智能体系统在可一致与不可一致通信拓扑之间进行切换的情况.通过一个线性变换将该一致性问题等价地转化为一个切换时滞系统的稳定性问题.基于切换系统稳定性理论与时滞系统理论,利用平均驻留时间方法分析,以线性矩阵不等式(linear matrix inequalities,LMIs)的形式给出多智能体系统达到状态一致的充分条件.数值实例验证了理论分析所得结论的正确性.

理想诱导环境下的网联车与网联自动驾驶车混合交通流建模研究

智能网联车辆通过先进的无线通信技术能够实现车辆间信息传递,然而通信环境中不可避免的存在干扰信号,当干扰信号达到一定的强度时,车辆间的通信会被迫中断,等效于交通流中车辆的通信拓扑发生了切换,通信拓扑切换必然会对交通流造成影响。基于此,本文在由网联车(connected vehicle,CV)和网联自动驾驶车(connected autonomous vehicle,CAV)构成的混合交通流中,研究了理想诱导环境下通信拓扑结构切换和CAV不同空间分布对混合交通流动态性能的影响。首先提出一种结合图论和概率论的通信拓扑表征方法,对混合交通流中的通信拓扑进行表征。然后考虑CV与CAV在决策行为上的特点,结合通信拓扑提出一个通用车辆跟驰模型,并使用约化摄动法推导出通用车辆跟驰模型的稳定性条件。最后设计数值仿真实验,在不同的CAV渗透率下,研究理想诱导环境下通信拓扑结构切换和不同CAV空间分布对混合交通流动态性能的影响。通信拓扑结构切换数值仿真结果表明,稳定的通信连接将有利于混合交通流动态性能的平滑性。不同CAV渗透率下数值仿真结果表明,当理想诱导环境中不存在干扰信号时,CAV渗透率越高,混合交通流动态性能的平滑性越好;当理想诱导环境中存在干扰信号并导致通信拓扑切换时,CAV渗透率为40%且空间分布为集中分布时的抗干扰能力最强。不同CAV空间分布下数值仿真结果表明,当理想诱导环境中不存在干扰信号时,CAV集中分布下混合交通流动态性能的平滑性最好;当理想诱导环境中存在干扰信号并导致通信拓扑切换时,CAV集中分布的抗干扰能力强于CAV均匀分布和随机分布的抗干扰能力。

时变时滞与切换有向通信拓扑协议下线性多智能体系统一致性的平均驻留时间条件

研究时变时滞与切换有向通信拓扑协议下高阶连续时间线性多智能体系统的一致性问题.利用一个线性变换将该问题等价转化为一个切换时滞系统的稳定性问题.假定出现的每一个通信拓扑都是可一致的,借助时滞切换系统稳定性的平均驻留时间方法,以线性矩阵不等式(LMIs)形式给出多智能体系统达到全局一致的充分条件.数值实例验证了结果的正确性.

基于一致性的有限区域内紧密编队集结控制

研究解决基于一致性理论控制的多无人机紧密编队集结问题。紧密集结策略可分为松散集结和紧密集结两步。考虑无人机同时到达目标集结点和集结完毕后飞行状态一致问题,同时考虑到无人机间分布式通信拓扑结构,提出了针对不同策略的一致性算法。在松散集结阶段增加虚拟长机改进算法,在紧密集结阶段考虑延时和切换拓扑情况设计基于虚拟长机的一致性算法,对其收敛性给出了理论证明。最后对无人机集结过程进行仿真,结果表明:改进的松散集结算法具有较快收敛性,且能在一定意义上实现无人机在有限时间集结;设计的紧密集结算法在延时和拓扑切换的条件下依然保证其有效性,且能保持队型稳定。

基于自适应动态规划的四旋翼无人机分布式最优协调控制

为了提高四旋翼无人机编队的自适应能力,通过自适应动态规划(adaptive dynamic programming,ADP)方法研究四旋翼无人机编队分布式最优协调控制问题。将该算法引入到分布式协调控制器的设计中,既避免了冗余数据的传输,又使各无人机的性能函数最小化。基于模糊双曲模型的评价神经网络(critic neural network,CNN)逼近值函数,以实现控制策略的设计。闭环系统稳定性证明权值估计误差和局部邻域协调误差是一致最终有界的。最后,进行了有向切换通信拓扑下的四旋翼编队仿真实例,结果表明了该算法的有效性。