具有聰慧領導的多智慧型體系統一致性協定設計與分析

《具有聰慧領導的多智慧型體系統一致性協定設計與分析》是依託南開大學，由劉忠信擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：具有聰慧領導的多智慧型體系統一致性協定設計與分析
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉忠信
• 依託單位：南開大學

中文摘要

對於領導-跟隨型多智慧型體系統，若領導者控制律中適當採用來自跟隨者鄰居的狀態反饋信息，則可以實現用較小代價加快系統一致性速度、提高容錯能力等目標，該方面工作具有重要的研究價值。然而目前國內外相關研究極少，項目針對這個被忽略的問題，在領導者控制律調整中按需採用跟隨者狀態信息，設計具有聰慧領導的一致性協定並進行分析。對系統狀態、領導者獲取與利用跟隨者信息的代價進行評估，設計適當的狀態評估函式和代價評估函式，在此基礎上實現協定中聰慧領導按需獲取並按需利用跟隨者的狀態信息，分析系統的收斂性、穩定性、動力學行為及其影響因素，分析利用跟隨者信息按需修正領導者控制律對系統一致性實現速度、趨向目標演化動態過程的影響，並在多機器人測試實驗平台上進行實驗驗證。在具有智慧領導的多智慧型體系統一致性協定設計和分析方法上獲得系統化的創新研究成果，獲得對系統進行狀態和代價評估的方法和思路，促進一致性理論的實際工程套用。

結題摘要

隨著嵌入式系統、通訊技術的發展，多智慧型體系統的分散式協調控制受到廣泛關注並發揮越來越重要的作用。對於領導-跟隨型多智慧型體系統，若領導者控制律中適當採用來自跟隨者鄰居的信息，則可用較小代價實現加快系統一致性速度、提高容錯能力等目標，該方面工作具有重要的研究價值和套用前景。項目主要針對具有這種聰慧領導的多智慧型體系統，重點研究：對系統狀態、跟隨者信息獲取與利用代價進行科學評估，為協定設計提供依據；設計恰當的一致性控制協定和算法，以較小代價提高系統一致性實現速度和容錯能力；對所設計控制策略進行收斂性、穩定性、動力學行為及其影響因素等多方面分析；用多機器人實驗測試平台對得到的一致性協定進行實驗驗證等。對帶有聰慧領導者的一般線性離散時間多智慧型體系統與一階、二階、混合階連續時間系統設計了多種領導-跟隨一致性協定，並拓展到有向圖以及採樣控制的情況，得到了系統狀態和代價評估指標函式，設計了相應控制算法，提高了系統魯棒性並降低了能耗。在領導-跟隨一致性研究方面，還分別考慮了間歇通信和速度信息不可測、存在故障或不確定性，以及採樣系統、切換系統的情況，設計了相應控制算法。針對多輪式機器人分別設計了分散式編隊控制算法、具有有限時間與固定時間收斂特性的一致性控制算法，並引入了事件觸發機制來減少控制器更新頻次。分別針對通信網路中的時滯、噪聲、不確定性、異質性以及系統本身的時滯、非線性、切換特性，設計了多種對應的控制協定，實現了包容控制。搭建了基於AmigoBot機器人的實驗測試平台，驗證了所得部分控制策略的有效性。在國內外刊物和會議發表(含線上)學術論文44篇(刊物論文28篇，EI收錄會議論文16篇)，被SCI收錄22篇，被EI收錄刊物論文20篇，其中SCI一區Top刊論文4篇，最高影響因子10.387。培養博士生9名(畢業5名)，碩士生12名(畢業8名)。項目主持人作為團隊負責人入選2019年天津市創新人才推進計畫重點領域創新團隊。全面完成了項目任務書中的各項指標。