多智能体系统分布式控制的研究新进展

多智能体的运动协调和覆盖协调问题是多智能体系统的协调控制研究中的两个基本问题。综述当前这两个问题研究的主要内容及相应的主要结果,同时给出了仍然需要解决的问题和可能的研究方向。

多智能体系统动态协调与分布式控制设计

多智能体系统的主要研究目的在于探索由个体之间的相互作用所产生的群体协调现象的内在机制和原理,而控制或反馈在多智能体协调运动中起着至关重要的作用.本文集中讨论了多智能体协调研究中的几个新兴的基本问题,包括输出调节、集合协调和覆盖.文中着重介绍了分布式估计和内模原理两种多智能体系统分布式输出调节方法及相关的研究进展;关于多智能体系统的目标集合协调,本文从集合聚集和集合优化两方面做了详尽论述;多智能体覆盖有多种分类方式,从覆盖对象的特征出发可将其划分为区域覆盖、边界覆盖和动态目标覆盖3种类型,并对它们的研究背景和最新成果予以介绍.另外文章还对多智能体系统协调控制的理论和应用研究进行了展望.

一类离散时间切换线性系统的无差拍控制

研究一类带多控制器和多传感器离散时间线性系统的无差拍控制.对能控系统,通过适当的状态坐标变换获得系统矩阵的块三角结构,再设计状态反馈和周期切换策略使得状态反馈矩阵在有限周期内为零,从而保证闭环系统的无差拍稳定.进一步,对能观系统,设计具有有限时间精确估计的动态输出反馈,通过适当的周期切换策略实现闭环系统的无差拍稳定.最后,给出一个例子以验证所提设计方法的有效性.

随机非线性系统的控制器设计和闭环性能分析(英文)

针对几类重要的随机非线性系统,提出了一些新的概念,发展了一些基本分析工具,研究了几类控制器的设计问题.主要成果包括:(1)针对一类部分动态不可量测的非线性随机系统,引入了随机输入状态稳定(SISS)的概念,借助于分析概率理论,发展了随机系统改变能量函数方法,成功地处理了随机微分中的伊藤项,给出了随机非线性串联系统SISS的小增益类条件.(2)对一类具有SISS随机逆动态的大规模随机非线性系统,给出了分散自适应输出反馈镇定控制器的构造性设计方法.既解决了实用镇定问题也解决了渐近镇定问题.在分散控制框架内,给出了处理随机非线性逆动态的方法.(3)对一类具有不稳定零动态的随机非线性系统,引入了随机输入状态可镇定的概念,给出了全局输出反馈镇定控制器构造性设计方法.(4)对一类具有线性增长的不可量测状态的随机非线性系统,针对方差未知的噪声和一般随机输入,引入了广义随机输入状态稳定(GSISS)的概念,分别给出了随机干扰抑制和渐近镇定的输出反馈控制器的构造性设计方法.(5)对一般的时滞随机非线性系统,给出了解存在唯一的判定条件,引入了依概率全局(渐近)稳定的概念及相应的判定准则,丰富了随机时滞非线性系统的控制器设计理论.对一类不确定随机时变时滞系统,构造性地设计出了自适应输出反馈镇定控制器.

关于自抗扰控制的稳定性分析

1引言自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)在提出后的很长一段时间里在学术界有很大争议,一个重要原因是ADRC在提出时并没有给相关稳定性证明.近十多年来,ADRC的理论分析方面已经有了很多进展,但是在进行ADRC稳定性分析时,如何对“总扰动”的数学性质进行比较合理的假设,依然会困扰一些希望进行自抗扰控制稳定性分析的学者,其中一个比较突出的问题是简单地假设“总扰动”或者其时间导数有界往往会被认为犯了所谓循环论证的错误.

复杂软件系统的软件网络结点影响分析

目前一些研究利用复杂网络理论揭示了软件网络的特性,为人们从系统的角度了解软件的结构提供了方法.但这些研究的一些结论却与软件的实际表现有着较大的差异.分析了软件网络结点的特性,揭示了产生上述差距的部分原因;并提出一种加权软件网络模型,以更准确地描述软件网络结点间的依赖关系;在这个加权软件网络模型的基础上,分析了软件的实际依赖关系及几个统计特性;分析了各统计特性与软件网络结点影响的关系;进一步提出了软件网络关键结点的概念;同时,在分析各种结点影响的基础上,提出了4个合理的假设;最后,通过对两款软件的实验来验证这4个假设的有效性.

逻辑系统的代数状态空间方法的基础、现状及其应用

逻辑系统指自变量只取有限个值的动态系统.包括2值的经典逻辑(或布尔逻辑)、k值逻辑、(一般)有限值逻辑.近年来,利用矩阵半张量积发展起来的逻辑动态系统的代数状态空间方法得到长足的进展和普遍的重视.同时,它被广泛应用于许多工程问题或理论研究中.它类似于Rn上由微分或差分方程描述的动态系统的Kalman状态空间方法,为逻辑系统的分析与控制设计提供了一个便捷的平台.本文首先对该方法作一简要介绍,然后,对该新兴学科分支的现状作一评述.最后,详细介绍该方法目前的应用以及其更广泛的应用前景.

极大代数上线性系统的最小实现

研究极大代数上线性系统单输入单输出的最小实现问题.给出了存在2维最小实现的充要条件,该条件是用无穷序列{gi}0∞元素之间的关系描述的,因而容易判断;同时,用涂奉生提出的结构标准形和最小实现算法给出了2维最小实现的构造方法,从而完全解决了2维最小实现问题.作为以上结果的推论,指出了涂奉生猜想在维数小于等于2的情况下成立,并通过反例说明涂奉生猜想在大于2维的情况下不成立.

随机系统的递推辨识:从个例到一般框架

本文考察Hammerstein系统、Wiener系统和非线性带外源输入的自回归系统(autoregressive system with exogenous input,ARX)等常见的随机非线性系统的递推辨识和因特网PageRank的分布式、随机化算法.对非线性系统分别构造递推辨识算法,证明了估计的强一致性;对因特网PageRank的分布式、随机化算法,给出估计的强一致性和收敛速度;在此基础上,总结了这类问题的统一处理框架–将辨识(估计)问题转化为函数求根、进而基于随机逼近构造算法得到强一致的递推辨识;最后,通过数值例子来验证算法的有效性.

连续时间多线性动态系统的性能分析

多线性动态系统是具有多个线性过程的复杂动态系统,包括切换线性系统、线性微分包含、线性参数变化系统等多类在系统控制理论中受到广泛关注的系统框架.本文以连续时间多线性动态系统的性能分析为目标,以笔者近几年的相关工作为基础,简要综述一类建立在实矩阵组之上的谱分析方法,包括矩阵组谱坐标定义,等价矩阵测度刻画,基于分段二次诱导测度的估计理论和逼近算法.作为一个应用例子,考虑单输入鲁里叶系统的绝对稳定性,给出基于谱分析方法的判据.

极小极大加系统(F,G,H)的输出反馈镇定

研究了一般化非自治非线性极小极大加系统的输出反馈镇定问题.首先,提出了闭环系统单极大射影系统表达式.其次,研究指出闭环单极大射影子系统存在严格的颜色匹配关系.接着,针对颜色匹配的复杂情况,提出新的着色图构造.以往对闭环单极大射影子系统中出现的新增圈研究,仅涉及含有一条反馈弧的圈,本文指出新增圈中可能包含由多条反馈弧构成的圈.最后,根据新着色图和新增圈特点得到了系统输出反馈镇定的一个充分条件.

离散时间切换线性系统的最小状态超调设计（英文）

本文探讨离散时间切换线性系统的最小状态超调设计问题.对有限时长情形,给出基于穷尽搜索的构造性算法,并采用降价法提高计算效率.对无限时长情形,给出基于分段总汇的次优设计方案.

基于强化学习的切换系统综合性能优化设计

研究连续时间切换自治线性系统综合性能优化,基于分阶段设计思路计算其最小(状态模)超调、在超调约束下的最小调节时间、在过渡过程约束下的最快指数收敛速度.借鉴强化学习方法,通过以模压缩路径的策略空间进行扩展获得有限步结束的迭代优化算法.数值仿真验证了所提算法的有效性.

切换自治系统的动态输出反馈镇定

本文研究离散时间切换线性自治系统的输出反馈镇定问题.在切换系统可观测的假设下,设计具有多线性时变增益的动态观测器,实现有限时间状态估计.在此基础上,设计多路径动态输出反馈切换策略,实现闭环系统指数收敛.

可回收火箭大气层内动力下降的多阶段鲁棒优化制导方法

针对大气层内可回收火箭的动力下降问题,提出一种多阶段的鲁棒优化(Robust optimization,RO)方法.由于大气层内存在未知风场,如何在火箭下降段考虑这种不确定性具有十分重要的意义.首先,建立一个关于高度的不确定风场模型,在该风场下给出火箭动力下降的鲁棒最优控制问题.为了求解该问题,使用一种对不等式约束采取一阶近似并将一阶项作为安全裕量加入约束的鲁棒优化方法,得到一个可以求解的单阶段鲁棒优化算法.其次,定量给出安全裕量的上界,基于该上界提出一种多阶段鲁棒优化算法,避免单阶段鲁棒优化算法中安全裕量可能过大导致无法求解的问题.最后,通过仿真对比各个算法在多个实际风场下的性能,结果表明所提出的多阶段鲁棒优化方法同时具有较高的落点精度和对于不同风场的鲁棒性.

基于数字列表分发的量子检测拜占庭协议设计与分析

量子科技有望赋能区块链技术,提升区块链共识机制的安全性能.根据是否存在诚实独立的量子源设备,本文提出了两种可用于多个节点的高成功率的数字列表分发方法,并进一步提出了一种新的基于数字列表分发的量子检测拜占庭协议. 4个节点的共识示例验证了提出的协议符合检测拜占庭协议的条件.最后通过分析和比较说明了提出的协议具有较好的实用性和安全性.与其他协议相比,本文提出的共识协议不仅能用于解决包含多个节点的区块链系统对多比特数据进行共识的问题,并能在共识过程中应对任意多恶意节点的攻击,提高了区块链系统的安全性.

复杂系统控制分析综合中的若干新方向

随着当代科技的发展,复杂系统控制科学已经渗透到自然科学、工程技术和社会领域的各个方面,许多新的挑战性问题不断涌现.从一个侧面讨论了系统和控制科学理论中近年来一些研究机遇和重要问题,主要涉及高层次的自动机分析和控制,混杂系统和抽象化技术,网络化系统和分布式设计,并对所得到的有关研究结果做一个简要的总结以期与同行切磋讨论.还以此感谢系统控制重点实验室对我们工作的支持,并且对实验室成立50周年表示祝贺.

分布参数系统控制:问题,方法和进展

以作者的研究为基础,讨论了分布参数系统控制的一些理论,观点,方法和发展.特别阐述了抽象与具体,无穷与有穷,分析与设计的一些基本问题.

用函数求根法解系统控制问题

提供了一大类系统控制问题的求解路线,当所考察的问题可转化为参数估计时,可以把问题进一步转化为未知回归函数求根(根即待估参数)的问题,而扩展截尾的随机逼近算法是解决这类求根问题的恰当工具.给出了算法的一般收敛定理,它已在一系列系统控制问题中得到应用.以ARMA过程的辨识,Hammerstein系统的适应调节为例,展示了上述求解路线的具体实现,并附有相应的模拟计算实例.这种方法提供的估计是递推的,并且以概率1收敛到真值.

弘扬宝贵精神,促进控制发展

当初我提议在韩京清老师逝世五周年之际开这个纪念会,从学术发展的角度主要考虑到以下两个方面,首先,这五年来,自抗扰控制器的研究无论在理论上还是在应用上,都取得了长足的发展,可以看到许多理论结果用以证明自抗扰控制器的稳定性及控制性能,同时自抗扰控制器也被应用在更多实际问题中,因此我觉得可以以此为契机进行总结;第二,我们国家的经济发展正处在从主要依靠投资拉动到逐渐实现创新驱动发展的转型期,在这个历史阶段,控制技术作为一门普适技术无疑大有用武之地.