多无人机分布式协同异构任务分配

研究异构无人机对不同类型目标执行侦察、打击和评估任务的协同任务分配问题.采用信息论中熵的变化量对侦察与评估任务中所获取的信息量进行度量,将无人机对不同类型目标的打击能力抽象为对目标的毁伤概率,并考虑各个任务之间的相互关联,建立异构多无人机协同任务分配模型.设计了基于相邻局部通信的分布式拍卖算法,实现了多无人机协同任务分配问题的优化求解.仿真结果表明了所建模型的合理性和求解方法的有效性.     

基于双层稳定匹配的异构无人机集群“分布式”协同算法

异构无人机集群凭借其功能互补、能力协同的优势,能够适应复杂多变的战场环境、提升协同作战效能,而受到各军事强国的广泛关注并得到飞速发展.如何对异构无人机集群进行有效编组以达到良好的协同作战效果成为异构无人机集群“分布式”协同研究的重点,由此引出异构无人机集群“分布式”协同中针对异构无人机编组结构稳定性和能力协同性的优化问题.面向该问题,提出一种基于双层稳定匹配的异构无人机集群“分布式”协同算法.首先,对异构无人机集群“分布式”协同作战方式及匹配问题进行描述;然后,通过基于异构无人机之间的能力协同性构建偏好计算模型,将3类(侦察、打击、指控)无人机的三边匹配问题转化为双层-双边稳定匹配问题并构建相应的线性整数规划模型;最后,通过3组实验,验证了所提出模型与方法的有效性,相较于基准算法效率更高、效果更好,同时在大规模算例中也能实现良好的匹配效果.     

切换有向拓扑中的网络化Euler-Lagrange系统自适应同步控制

在动态切换拓扑中研究了带有参数不确定性和单向信息交互的网络化Euler-Lagrange系统的协同控制问题.针对通信拓扑随时间变化的问题,利用有效的局部信息交互设计了一个分布式控制律,并利用自适应技术解决了系统动力学中的参数不确定性问题.通过构造一个连续的Lyapunov函数,证明了系统在切换拓扑的并图存在一棵有向生成树的频率足够高时即可实现网络同步.此外,进一步拓展使用简单的干扰观测器或滑模控制方法进一步研究了该协同策略下的干扰抑制问题.最后,以五颗异构航天器的姿态同步为背景,通过数值仿真及其对照说明了所提合作控制策略的有效性.     

多无人机完全分布式有限时间编队控制

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑及Leader无人机状态等全局信息的限制,基于Lyapunov理论证明无人机编队误差在有限时间可以收敛到边界可调的邻域内.对三维运动的多无人机编队进行仿真验证,结果显示,所设计的编队控制算法可以实现多无人机有限时间完全分布式编队生成和保持.     

多导弹时间协同分布式导引律设计

为了实现多导弹协同攻击同一目标, 提出一种时间协同分布式导引律设计方法, 该方法对于无角度约束和有角度约束的情况均适用. 首先, 以各导弹子系统作为网络同构节点建立了多导弹时间协同制导模型, 该模型以各导弹剩余时间信息附加预定偏置量为输出; 然后, 以调整子系统间输出误差为目的, 设计了系统的分布式控制方案, 并结合一般协同控制系统的收敛性条件, 分析了导弹寻的导引的特殊性, 给出了保证多导弹时间协同的通信拓扑条件; 最后, 通过仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

一种多智能体系统抗毁性拓扑结构构建方法

拓扑结构抗毁性对多智能体系统分布式协同控制完成既定的目标任务具有重要意义.文中研究多智能体系统拓扑结构,提出基于权重的分簇方法,通过虚拟骨干网的分布式提取,完成层次型拓扑结构的构建.在基于簇的层次型结构的基础上,提出关节点判断与中继节点运动控制相结合的分布式方法,实现网络的双连通,并阐述该方法在网络化火控系统中的应用.实验表明文中提出的概念和方法能提高多智能体系统拓扑结构的灵活性和抗毁性,为网络化无人作战理论在实践中的应用打下良好基础.     

受有线无线异构网络诱导延时和数据丢包约束的分布式网络化H2/H∞滤波研究

针对分布式有线无线异构网络化滤波系统中部署在不同地理空间的多传感器通过无线网络与每个局部融合中心通信, 然后测量数据被传到网关并进行协议转换后通过有线网络传输到对应的分布式滤波器, 会导致数据传输出现分布式有线无线网络诱导延时和数据丢包, 使得H₂/H_∞滤波更加困难的问题, 本文首先采用有向图描述分布式传感器节点的通信拓扑, 然后运用Markov链和伯努利分布分别刻画分布式有线无线网络诱导延时和数据丢包特性, 进而建立了融合分布式滤波器参数、有线无线异构网络通信约束的普适滤波误差动态系统综合模型.理论上证明了在分布式有线无线异构网络通信约束下所设计的滤波器使得滤波误差动态系统随机稳定且满足给定的H₂/H_∞性能指标, 并建立了系统随机稳定性、分布式滤波器参数及最长有线无线网络诱导延时和数据丢包之间的关系.最后, 仿真实例验证了本文所提方法是可行且有效.     

分布式多无人机的时变编队非线性控制设计

研究了基于分布式通信网络的多无人机时变编队控制问题,考虑到外界扰动对多无人机协同编队系统的影响,提出一种新的连续非线性鲁棒编队控制方法.首先基于一致性方法构造了分布式无人机编队误差系统,降低了编队控制器对全局编队信息的要求;然后采用一种基于误差符号函数积分的鲁棒控制算法补偿未知外界扰动的影响,提高了无人机编队系统的鲁棒性,并基于Lyapunov分析的方法,证明了多无人机编队误差的半全局渐进收敛性;最后在四旋翼无人机编队实验平台上进行了多无人机时变编队的实时实验验证,实验结果表明,所提出的分布式编队控制算法可以实现多无人机时变编队控制,且具有较好的协同性能和抗干扰能力.     

基于相空间融合的异构网络数据拓扑重构技术

为了提高分布式异构网络数据动态拓扑重构能力,提出基于相空间融合的异构网络数据动态拓扑重构算法.构建模糊层次空间异构网络数据库的异构存储结构模型,采用网格分块特征检测和特征重组技术实现对模糊层次空间异构网络数据库的动态拓扑设计,挖掘模糊层次空间异构网络数据库的关联规则特征分布集,采用相空间融合和模糊C均值聚类方法,实现对...     

面向无人机自组网编队控制的通信组网技术

随着技术的发展,多无人机系统协同作业的研究得到越来越多的关注。编队控制是无人机协同作业的关键技术,对具有动态信道与拓扑特征的无人机自组网的通信组网技术提出了极高的要求。首先介绍了无人机自组网编队控制的相关模型;基于此,从编队保持和重组、任务更新、编队可靠性等方面综述并分析了5种编队控制策略以及它们对无人机自组网通信组网技术的不同需求;最后展望了面向无人机自组网编队控制的通信组网技术的发展前景和方向。     

联合连通拓扑下的二阶多自主体系统有限时间包容控制

针对具有多领航者的二阶网络化系统群集运动问题,提出了一种有限时间收敛的包容控制算法。在此基础上,运用现代控制理论、代数图论和矩阵论等分析工具对所提出的控制算法进行理论分析,得到了当通信拓扑为动态联合连通时,二阶网络化系统在有限时间内实现群集运动的收敛条件。通过此包容控制算法,使得系统在静态拓扑和联合连通条件下均在有限时间内收敛到目标区域内。最后,应用系统仿真验证了所得结论的正确性。     

Further on the controllability of networked MIMO LTI systems

Further on the controllability of networked multiple‐input–multiple‐output systems, an efficient, necessary, and sufficient condition is derived, where the network topology is directed and weighted and the nodes are higher‐dimensional linear time‐invariant systems. The new condition is easier to verify, which explicitly shows the effects of the network topology, node‐system dynamics, external control inputs, and inner interactions on the controllability of the whole networked system. For networked multiple‐input–multiple‐output systems in several specific topologies, the corresponding conditions are expressed more precisely. The effectiveness of the conditions is demonstrated through several examples.     

基于动态通信调度的网络化系统最优控制

针对存在介质访问约束的网络化控制系统,研究其中的控制和通信协同设计问题.将网络化控制系统建模为输入矩阵随介质约束而变化的切换系统,运用最优控制理论和切换系统分析方法,设计了可动态调度的最优控制器及实时切换规则,并分析了动态调度下闭环网络化控制系统的稳定性,最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

多智能体系统可控性的图论刻画

研究领航者-跟随者结构多智能体系统的可控性问题.利用松弛的等价分化刻画了系统可控性与信息拓扑结构之间的关系,为系统可控性提供了基于图论的判别方法.基于置换群理论将对称的概念推广到多领航者系统,并证明了3种图论工具（对称性、等价分化和松弛的等价分化）之间的包含关系.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

Controllability of heterogeneous multi-agent systems under directed and weighted topology

This paper considers the controllability problem for both continuous- and discrete-time linear heterogeneous multi-agent systems with directed and weighted communication topology. First, two kinds of neighbour-based control protocols based on the distributed protocol of first-order and second-order multi-agent systems are proposed, under which it is shown that a heterogeneous multi-agent system is controllable if the underlying communication topology is controllable. Then, under special leader selection, the result shows that the controllability of a heterogeneous multi-agent system is solely decided by its communication topology graph. Furthermore, some necessary and/or sufficient conditions are derived for controllability of communication topology from algebraic and graphical perspectives. Finally, simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness of the theoretical results.     

分布式无源性系统的同步控制与分析

针对由多个无源性系统所构成的分布式有向网络系统,基于 Lyapunov方法提出了设计与分析同步控制协议的新框架. 其设计与分析方法适用于一类更广泛的有向拓扑网络,克服了已有理论框架下拓扑分析的局限性. 该方法也适用于带有通信时延及控制输入饱和的系统. 在新的理论框架下,分析了网络化拉格朗日系统的同步控制问题,并对网络化多机械手系统的同步控制进行了仿真研究. 仿真结果表明了算法的有效性.     

网络控制系统的能控性和能观性

给出了网络控制系统的定义，并基于线性时不变系统的被控对象，建立了传感器为时钟驱动，控制器和作动器为事件驱动时长时滞网络控制系统的数学模型，对网络控制系统的均值能控、均方能控、均值能观及均方能观作了定义，得到了网络控制系统能控的充分或必要条件及能观的充要条件．     

Admissible consensus for networked singular multi-agent systems with communication delays

This study concerns the admissible consensus problem for networked singular multi-agent systems with communication delays and agents described by general singular systems. Only the information of outputs is available through the network. An observer-based networked predictive control scheme (NPCS) is employed to compensate for the communication delays actively. Based on NPCS and dynamic compensator (dynamic output feedback), a novel protocol is proposed. Based on graph, algebra and singular system theory, the necessary and sufficient conditions are given to guarantee existence of the proposed protocol. The conditions depend on the topologies of singular multi-agent systems and the structure properties of each agent dynamics. Moreover, a consensus algorithm is provided to design the predictive protocol. A numerical example demonstrates the effectiveness of compensation for networked delays.     

Consensus tracking of linear multi-agent systems under networked observability conditions

This paper addresses the consensus tracking problem for both continuous- and discrete-time linear multi-agent systems with a dynamic leader under networked observability conditions. Among followers, the communication topology is assumed to be undirected and connected. Two networked observability conditions are introduced and discussed. The first one extends the traditional detectability condition for a single system, while the second one is a full rank condition, which is stronger than the first one. In the continuous-time case, two distributed observer-based protocols are designed under corresponding networked observability conditions, respectively. Specifically, the second protocol is an adaptive one, which has a better robustness performance than the first one. In the discrete-time case, a distributed observer-based protocol is presented under the full rank networked observability condition. It is found that under the networked observability conditions, consensus tracking can still be achieved even if there exists no follower being able to track the leader independently. Based on algebraic graph theory and Lyapunov stability theory, some sufficient conditions are derived for reaching consensus tracking. Finally, simulation examples are presented to verify the effectiveness of theoretical results.     

热连轧卷取区传动控制系统应用研究

本文主要论述了梅山热连轧卷取区域新控制系统的工艺、Ethernet(以太网)拓扑结构、系统硬件配置、高速同步串行ISBus总线和控制软件TOOLBox核心部分的设计,并指出基于软件的计算机网络控制是复杂传动控制系统发展的必然趋势。