非平衡通信拓撲下分散式多機電系統的協調控制研究

《非平衡通信拓撲下分散式多機電系統的協調控制研究》是依託重慶大學，由陳剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非平衡通信拓撲下分散式多機電系統的協調控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳剛
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

採用多個拉格朗日系統的互聯模型研究分散式多機電系統的協調控制是當前研究熱點，對於平衡拓撲系統的研究已取得相對豐碩的成果，然而適用於更為廣泛的非平衡拓撲系統的分析與控制理論還很欠缺。鑒於此，本項目重點研究適用於一般有向非平衡拓撲下網路化拉格朗日系統分散式協調控制器的設計與分析方法。針對非平衡通信拓撲下且動力學模型未知的網路化多機電系統，運用圖論法、人工智慧方法、以及無源性方法，研究分散式智慧型協調控制算法；針對非平衡拓撲下且帶有領航者的網路化拉格朗日系統，運用非光滑分析方法、超螺旋算法、以及分數階系統設計方法，研究分散式有限時間跟蹤控制算法；針對非平衡拓撲下且網路節點受到攻擊的多機電系統，運用分散式狀態估計法、分散式自適應閾值法、以及分散式決策方法，研究分散式故障檢測與修復算法；搭建分散式多機械臂系統，進行分散式協調控制實驗研究。本項目的研究成果將為分散式多機電系統的工程套用奠定理論基礎。

結題摘要

網路化多機電系統可廣泛套用於工業、農業、能源、軍事等多個領域。研究一般有向非平衡通信拓撲下協調控制系統的設計與分析理論是網路化多機電系統工程套用中擬解決的關鍵問題之一。本項目圍繞該問題展開了深入研究，主要研究成果可歸為如下三個部分。第一：針對非平衡通信拓撲且動力學模型未知的複雜多機電系統，提出一種新的分散式智慧型協調控制器設計方法。基於神經網路的萬能逼近特性，利用神經網路逼近一個與自身狀態和相鄰機電系統狀態量有關的複合非線性函式，設計一個基於局部位置和局部速度跟蹤誤差的李雅普諾夫函式，採用構造性設計方法設計分散式跟蹤控制器。提出的設計方法可用於解決一大類未知非線性多機電系統的協調控制問題。第二：為解決非平衡通信拓撲下非線性多機電系統的快速、高精度協調跟蹤控制問題，運用領航者-跟隨者結構體系並結合滑模控制理論和圖理論，給出一種新的有限時間協調跟蹤控制方法。提出的控制策略能夠保證在任意初始條件下，各個機電系統的運動軌跡在有限時間內收斂到設定的滑模面上且在滑模面上實現跟蹤誤差的有限時間收斂。第三：針對非平衡通信拓撲下的網路化多機電系統，考慮機電系統驅動器存在部分失效以及加性故障的情形，提出具有容錯功能的分散式智慧型協調控制方法。考慮發生驅動器故障以及通信鏈路故障的情形，提出一種自適應故障容錯協調跟蹤控制策略。提出的控制策略能夠克服驅動器偏差故障、增益故障、通信鏈路故障、機電系統模型的不確定性以及外界干擾，且不需要故障檢測與隔離模組，因此大大減小控制系統的計算和回響時間。進一步考慮到只有部分狀態可測且驅動器可能存在故障的情形，提出了一種具有容錯功能的輸出同步協調控制算法。本項目的研究成果初步建構一般有向非平衡拓撲下複雜多機電系統分散式協調控制器的設計與分析理論，為分散式多機電系統的工程套用奠定理論基礎。