基於粗糙信息的多自主體編隊控制

《基於粗糙信息的多自主體編隊控制》是依託華中科技大學，由劉慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於粗糙信息的多自主體編隊控制
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉慧
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

本項目研究基於粗糙信息的多自主體系統的編隊控制及其有限時間收斂的問題。與已有的編隊控制算法相比較，我們的算法不需要知道鄰居節點之間精確的位置信息，只需要知道它們之間的相對距離（位置）比期望的相對距離（位置）是近還是遠。這對應著可以用簡單的符號函式來表示的粗糙信息。這種符號函式控制器能夠簡化計算、並降低對信息獲取的性能要求。我們擬從如下三個方面系統地研究該問題：首先考慮在全局坐標下，基於粗糙的相對位置信息對多自主體系統進行編隊控制及收斂時間分析。其次考慮在局部坐標下，基於粗糙的相對距離信息進行編隊控制；並擴展到大規模編隊及估計有限收斂時間。最後在以上兩個方面的基礎上，進一步分析異步更新、結構切換、動態連線等的網路連線因素對多自主體編隊穩定性及收斂速度的影響。我們所提出的這些編隊控制算法能保證編隊有限時間收斂，克服了已有編隊算法指數漸近收斂而不利於大規模網路編隊的缺點。具有較大的實際套用前景。

結題摘要

多自主體系統的協同行為與編隊控制是一個當今熱門的研究問題，在感測器網路、多機器人網路、通信網路、生物網路等研究領域引起了廣泛關注，是當今研究與套用領域的重要課題之一。本項目圍繞多自主體系統的編隊控制與協同行為問題，從以下幾個方面取得了一系列創新性研究成果。（1）粗糙信息下的多自主體編隊。與已有的編隊控制算法相比較，我們的算法不需要知道鄰居節點之間精確的位置信息。採用粗糙的量化控制器, 減少了控制器設計的成本，並減少對數據測量的要求，進一步估計了有限的收斂時間。（2）利用根圖性質，研究了大規模多自主體系統的編隊問題。基於根圖方法的編隊控制器設計，簡化了控制器設計，而且對於自主體間構成的鄰居關係的約束條件也會少得多。該方法對於大規模編隊的分析與實現有極大的便利。（3）複雜非線性多自主體系統的協同控制問題。考慮在加入非線性節點動力學的多自主體模型，採用圖譜理論，通過最佳化設計複雜多自主體的連線拓撲結構及其耦合權重，使得多自主體系統實現協同控制。提出了基於邊的控制的複雜多自主體的協同控制算法。（4）基於複雜多自主體網路系統的保密通信問題。多自主體的自身動力學取不同的混沌系統，考慮兩層網路間點對點的通信傳輸模式，提出基於複雜網路的保密通信機制。（5）研討了複雜動態網路的同步行為及協同控制，系統分析了網路的拓撲結構和節點動力學是如何影響並決定網路協同行為。 依託本項目在IEEE Transactions on Circuits and Systems_I 上發表長文2篇（第一作者），出版學術專著1部，該專著獲得國家科學技術學術專著資助，出版外文書章節1章（英國倫敦IET 出版社）。有1篇投稿Systems & Control Letters，評審意見基本上接受；有1篇已投稿IEEE彙刊的論文，在評審中；另外還有2篇在準備投稿的期刊論文，有望在結題兩年內陸續發表。本項目為1名博士生、6名碩士研究生提供研究課題及經費支持。 本項目為多自主體系統的編隊、協同控制提供了新的方法與視角，為多自主體系統編隊的實際套用提供了理論支持。