切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。     

存在时延和拓扑不确定的多弹分散化协同制导时间一致性分析

研究了固定拓扑和切换拓扑两种情况下同时存在通信时延和拓扑结构不确定的多导弹协同齐射攻击制导时间一致性问题。基于图论方法将多弹协同制导时间渐近一致性问题转化为制导时间分歧系统的渐近稳定性问题。基于Lyapunov函数方法分析了固定拓扑下分歧系统的渐近稳定性,得到了能够保证制导时间渐近一致的充分条件。将该方法拓展到动态拓扑结构切换情形,基于公共Lyapunov函数给出了充分条件。分别针对固定和切换拓扑下存在时延和时变拓扑结构不确定下的协同齐射攻击问题开展了仿真验证,得到的结果与理论分析相符。     

基于一致性理论的多机器鱼编队控制

针对多机器鱼系统的一致性问题,设计一种基于一致性理论的多机器鱼编队控制模型。采用一个基于拓扑结构的多机器鱼编队控制模型描述机器鱼之间的信息交换方式,分析该模型下的有向网络取得渐近一致性的条件,并应用到领航者一跟随者模式下的编队控制中,将任意的队形转化为“一跟一”的局部“领导-跟随”关系并奔向目标区域,并在水中机器鱼2D仿真平台上进行仿真分析。仿真结果表明：该编队理论在多机器鱼控制系统中是有效的。     

不确定通信拓扑多智能体一致性容错控制问题研究

针对不确定通信拓扑的多智能体系统(multi-agent systems,MAS),研究带有外部有界能量干扰且任意智能体执行器可能存在故障的多智能体系统鲁棒H∞一致性容错控制问题。引入权重矩阵,通过线性变换,对多智能体系统的状态方程进行降阶,将通信拓扑不确定的多智能体系统一致性容错控制问题转变为鲁棒二次渐近稳定问题;利用Lyapunov稳定性理论及LMI方法,推导出满足各智能体状态信息渐近一致的充分条件,并给出一致性容错控制律的求解方法;通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明：该方法可确保不确定通信拓扑下故障MAS的稳定性,且具有一定的扰动抑制性。     

舰载相控阵雷达组网资源管理的一致性算法

在舰载相控阵雷达网分布式资源管理中,由于各雷达对其他节点的状态估计存在偏差以及节点间信息传输受到噪声扰动,会导致资源管理方案不一致的问题。针对该问题,采用图论方法表示相控阵雷达网的拓扑结构,并进行舰载相控阵雷达网一致性资源管理的需求分析,进而从均衡雷达负载和资源消耗最小两方面构建各雷达的本地资源管理优化模型,各节点根据该模型给出具有差异性的本地优化资源管理方案,通过网络节点间的信息传输,运用一致性算法对各方案进行迭代处理,得到全局一致性方案。仿真结果表明,该算法能够有效地给出全局一致的资源管理方案,并且针对不同拓扑结构以及信息传输噪声的舰载相控阵雷达网都能实现收敛。     

具有输入约束和通信时滞的多智能体编队鲁棒镇定

针对多智能体编队运动过程中同时存在个体输入约束、通信时滞和网拓扑结构随机变换的实际问题,并考虑到编队队形和速度变换需要,设计了一种具有加速度、速度引导信息的一致性编队控制器,推导了编队系统的鲁棒镇定条件。首先,定量描述了编队、时滞和输入约束问题;其次,应用一致性算法设计了个体编队控制律,推导了具有输入约束和时滞的编队控制器和闭环系统状态方程,获得了系统的等价模型;然后,证明了存在输入约束的情况下编队能够容忍的最大加速度,进一步,分别将系统的输入约束、网络的随机变化处理为范数有界不确定性,基于Lyapunov泛函和LMI,证明了编队系统的全局鲁棒镇定条件;最后,仿真实例证明了理论结果的正确性。     

有向切换拓扑条件下考虑暂态响应的多智能体H∞一致性控制

针对有向切换拓扑多智能体系统带领导者的一致性追踪问题,研究了H_∞一致性控制方法。通过带有领导者的Laplacian矩阵,将带领导者的一致性追踪问题转化成低维系统的稳定性问题,并给出满足暂态性能指标的充分条件;利用Lyapunov函数法并结合线性矩阵不等式方法,对系统进行了稳定性分析,得到了分布式控制器的设计方法和平均驻留时间条件。该设计方法能够使系统受到随机外部扰动时,系统状态以较小的振荡快速趋于一致,满足暂态响应性能指标。分别在考虑暂态响应、不考虑暂态响应和不受外部扰动3种条件下,对多无人机系统进行了仿真。结果表明,考虑暂态响应的H_∞一致性控制器能够使系统达成一致,比不考虑暂态响应所设计的控制器能更快地、更平稳地趋于一致,满足暂态性能指标。     

带有不同视场约束的多导弹分布式协同制导

针对带有不同视场约束的多导弹,提出一种分布式协同制导策略。各导弹以固定周期与网络中的邻居导弹节点交互剩余距离信息,生成一致性误差。根据导弹视场范围和前置角,采用饱和函数将一致性误差生成协同一致律,以确保相关变量实现状态一致。当导弹相关变量状态一致且接近目标后,各导弹断开通信连接,独立导引至目标。依据反馈线性化、图论和矩阵理论,给出协同制导律成立的充分条件。与传统多导弹协同制导研究相比,所提协同制导律能满足导弹各自不同的视场约束要求,且通信负担较小。仿真结果表明,多导弹协同制导实现了对目标的齐射攻击,飞行过程中各导弹能始终锁定目标。     

基于多任务的海上跨平台自主传感网最大流改进模型及求解

针对海上跨平台自主传感网有效信息分发共享最大流量任务需求,综合考虑分布式网络化、信息容量、多层级多信道、多任务等约束条件,以流量优控为目标,依据海上跨平台自主传感网的图论特性,提出了基于多任务的网络拓扑控制准则和拓扑动态控制策略。建立基于多任务的网络最大流改进模型,进行拓扑动态预估。设计了求解算法并分析了算法复杂度。通过仿真案例验证了该模型和算法的适用性和有效性。     

多包传输网络控制系统的保性能控制

研究了一类具有不确定时延的多包传输网络控制系统的保性能控制问题。在传感器数据传输采用静态调度策略的情况下，在控制器端用对象模型来估计对象的状态，根据接收到的传感器数据更新模型的相应状态，将多包传输网络控制系统建模为具有不确定性的线性离散周期系统。根据周期系统理论和矩阵不等式方法，推导了多包传输网络控制系统保性能控制律存在的条件，给出了保性能控制律的设计方法，利用PENBMI软件包求解双线性矩阵不等式约束的优化问题可得到次优保性能控制律和次优性能指标。仿真例子验证了设计方法的有效性。     

具有时延及联合连通拓扑的多飞行器分布式协同编队飞行控制研究

针对具有简单动力学特性的多飞行器非线性系统模型,在系统存在通讯时延及网络拓扑为联合连通的情况下,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制算法。利用Lyapunov-krasovskii函数分析具有时延的多飞行器编队系统稳定性,并以线性矩阵不等式(LMIs)的形式给出系统稳定的充分条件。通过仿真实例验证编队控制算法的有效性。研究结果表明：当通讯延迟、控制协议参数、网络拓扑等满足稳定性条件时,文中提出的编队控制算法能使多飞行器编队系统渐近收敛至期望的速度,并且形成预期的编队队形。     

非持续连通通信拓扑下的多导弹协同制导

针对多导弹协同制导中由通信丢包及时延等引起的通信拓扑随机变化导致实际拓扑非连通甚至通信中断等问题,提出一种分布式协同制导方法。基于通信采样数据设计一种线性控制律,通过构造误差系统并使其稳定来保证导弹相关协调变量达到渐近一致状态;当导弹接近目标时,各导弹断开通信,独立导引至目标。理论分析表明,多导弹协同制导方法不对任意时刻的通信拓扑做出要求,即允许出现拓扑不连通甚至通信中断等情况。对所提通信条件下的多导弹协同制导问题进行了仿真,验证了该制导方法能够确保各导弹的遭遇时间在非持续连通通信拓扑下达到渐近一致。     

有界变化时滞和联合连通拓扑条件下的分布式无人机编队飞行控制策略

针对具有非线性动力学特性的多无人机系统通信时滞在有界区间内变化和网络拓扑联合连通情况下的编队控制问题,提出一种基于一致性理论的分布式编队控制策略。利用Lyapunov-Krasovskii函数分析编队的稳定性,推导编队稳定的充分条件。该策略不强调时滞的导数特征,并且可将通信拓扑的高维矩阵求解问题转化为若干个连通部分的低维矩阵求解问题,因此适用性广、计算量小、实时性好。通过仿真验证了非线性快变时滞和随机跳变时滞情况下策略的有效性。结果表明,该方法可指导无人机编队快速聚集和收敛至任意对称或非对称目标队形和以目标速度保持飞行。     

Satisfactory PI-P Controller Design for High-order Servo System

The paper presents an output feedback controller design method for high-order servo system with the constraints of multiple indices by using satisfactory control theory. The control strategy is to convert transfer-function form of two-loop servo system into state-space form and assign the system poles in the specified region and H∞ attenuation degree in the given range with the Riccati matrix inequality so that the closed-loop system has good dynamics and robust quality. A numeric example is given to show the effectiveness of the proposed approach.     

基于局部稳定性测度的战术移动自组织网络拓扑优化抗干扰技术研究

针对MANET组网模式下的战术无线通信网络,节点可灵活自组,通信方式多样化,但经多跳转发的传输链路易受干扰影响而导致整体路径失效,受干扰威胁较大的问题,除采用一系列物理链路级传统抗干扰手段外,还应通过控制和优化拓扑结构,提高干扰下通信系统对节点和链路失效的容忍度和网络性能恢复能力,这也是提高路由等上层协议的可用性和生存能力的基础。以复杂系统理论为指导,在图论和随机过程理论的基础上分析不同通信环境条件变化对干扰阻塞状态的影响,判别节点重要度和网络概率连通性,提出了一种基于局部稳定性测度的拓扑优化方法,用于构造高可靠网络。通过仿真实验分析,验证了该方法的有效性,可提高实际动态传播条件下的军用通信网络的抗干扰能力和自优化能力。     

基于切换视线法的欠驱动无人艇鲁棒自适应路径跟踪控制

针对欠驱动无人艇（USV）的航路点路径跟踪问题,提出了一种鲁棒自适应控制方法。设计了一个新的切换型视线（LOS）法制导律,以引导USV始终以最佳LOS圆半径趋向期望路径。与传统制导律相比,切换型LOS法制导律具有运算负载小、收敛速度快的特点。考虑到USV模型的不确定性及环境干扰未知时变性,开发了一种复合神经网络控制器来增强系统鲁棒性。通过在网络输入中增加预测误差信息,以提高网络逼近精度。同时,引入最小学习参数思想优化网络结构,对神经网络的在线自适应参数进行压缩,以减轻网络计算负担,并借助李雅普诺夫理论对系统的稳定性进行了分析。通过对比仿真实验验证了所提出控制策略的有效性。