多智能体系统在分布式采样控制下的动力学行为

本文运用图论、矩阵分析和现代控制理论等工具,研究信息网络传输下多智能体系统的协调控制和动力学行为.假设每个智能体通过数字化网络传感器获得其邻近智能体的位置状态,而且多智能体系统采取分布式线性控制协议.每个智能体被描述为一个简单的采样系统,多智能体系统转化为混合动力学系统.研究结果表明,多智能体系统所呈现的渐近聚集、周期振荡和发散动力学行为不仅和网络结构的代数特征有关,而且和每个智能体的动力学方程、采样周期有关.本文给出了具体精确的代数判据.仿真例子进一步验证了本文结果的有效性.

外源钙缓冲作用的动力学模型

外源钙缓冲具有调控细胞内钙信号的功能。最近的实验表明慢速和快速外源钙缓冲的作用均能降低胞质钙振荡的振幅和钙瞬变的衰减率。将外源钙缓冲的影响导入至Atri等人的模型中,分别得到了慢速钙缓冲作用的三变量模型和快速钙缓冲作用的二变量模型。模型表明外源钙缓冲物的作用,不仅降低了钙信号的振幅和衰减率,还降低了周期振荡的频率。并且,模型预测存在一个钙缓冲物浓度的最小值,可以消除周期振荡。

细胞内圆柱形空间钙波的Fire-Diffuse-Fire模型

考察Fire-Diffuse-Fire模型在圆柱区域内钙波的传播情况.通过求解扩散方程,得到了圆柱区域内Ca2+浓度的解析表达式.分析证明了钙波的存在性、稳定性依赖于半径和Ca2+泵率,产生钙释放的阈值在有限区间内随半径增大而增大.此结果有助于了解细胞内的内质网以及Ca2+泵在细胞Ca2+动力学上的作用.

网络化马尔可夫跳变系统的鲁棒无源控制

针对基于网络的凸多面体不确定离散时间马尔可夫跳变系统,研究其鲁棒无源控制问题.在网络诱导时滞是时变且有界的情况下,基于李雅普诺夫稳定性理论,通过构造参数依赖的随机李雅普诺夫泛函和运用广义系统变换,提出了不依赖模态的无源控制器存在的时滞依赖充分条件.所设计的鲁棒无源控制器保证了相应的闭环系统是鲁棒随机稳定且具有指定耗散率.将鲁棒无源控制器设计问题转化为一组线性矩阵不等式的可解性问题.仿真算例证明了本文方法的有效性.

激光照射引发的肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学模型

最近研究表明,低强度的激光照射引发的肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学过程必须依赖于细胞外Ca2+的内流.为此,提出了一个由激光光子能量和胞外Ca2+协同作用下经TRPV4通道介导进入细胞的Ca2+流量的解析表达式,建立了刻画激光照射下肥大细胞内钙信号和脱颗粒动力学的模型.模型表明,钙信号和脱颗粒动力学的特征是由细胞外Ca2+和光子能量的协同作用决定的.较高的胞外Ca2+浓度使得只需较小的光子能量就能激活肥大细胞,由此就避免了细胞受较短波长的激光照射而可能引起的损伤.模型预测存在导致细胞内Ca2+浓度极限环振荡的细胞外Ca2+浓度和光子能量的狭窄的参数区域,验证了PKC的活性正比于Ca2+振荡频率的实验结论.模型发现胞质Ca2+浓度升高后并持续稳定在最大值平台能够获得最佳的脱颗粒率.此外,将真实的物理能量导入模型的思路可推广至其他物理信号转导系统的建模.