有向切换拓扑下多智能体系统编队控制

针对多智能体系统编队形成过程中受lur'e型非线性项影响,并考虑降低系统通信要求,基于一致性理论,设计了分布式控制器,使得多智能体系统形成时变编队.利用Laplacian矩阵的特殊性质,对其进行分解,将多智能体系统的编队控制问题转化为低阶系统的稳定性问题.给出了切换拓扑的平均驻留时间概念,据此提供了一种设计分布式控制器...     

切换拓扑下群系统保性能编队形成问题优化控制方法

针对群系统编队形成问题,提出一种切换拓扑下保性能的优化控制方法.首先,建立保性能编队形成问题的数学描述,设计编队控制协议;其次,通过变量代换,给出群系统实现时变编队的充分条件,借助李雅普诺夫方法分析系统的稳定性;再次,通过求解线性矩阵不等式,设计编队控制器,给出群系统性能上界值的数学表达形式.最后,通过仿真实验验证了所提控制方法的有效性.     

具有随机多跳时变时延的多航天器协同编队姿态一致性

针对存在随机多跳时变时延的多航天器协同编队的姿态一致性问题,本文设计了可消除随机多跳时变时延影响并能够实现多航天器协同编队姿态角速度一致及姿态角有效跟踪的静态控制器.首先基于有向图论推导出领航者一跟随者误差系统的动态方程,然后通过构造合适的Lyapunov函数将误差系统调节器问题转化为了线性矩阵不等式解的存在性问题,其次通过求解线性矩阵不等式完成了协同编队姿态控制系统的静态控制器设计.理论分析表明,所设计的控制器能够有效消除随机多跳时变时延影响,实现了多航天器协同编队的姿态一致性.数值仿真验证了所提方法的正确性和有效性.     

姿态变化一致有界的姿态稳定控制器设计

针对航天器姿态稳定控制问题, 设计一种迭代学习姿态控制器. 将连续非周期运动的姿态跟踪过程分解为队列重复运动, 采用前一周期的姿态跟踪误差修正后一周期的控制输入, 分别对未知参数和干扰构建有界迭代学习律, 给出航天器姿态稳定控制器, 并从理论上分析了闭环系统的渐近稳定性和姿态跟踪误差的一致有界性. 通过在轨捕获非合作目标过程中航天器姿态跟踪控制问题的数值仿真, 验证了迭代学习控制器的鲁棒性和强抗干扰性.

     

时变时滞与切换有向通信拓扑协议下线性多智能体系统一致性的平均驻留时间条件

研究时变时滞与切换有向通信拓扑协议下高阶连续时间线性多智能体系统的一致性问题. 利用一个线性变换将该问题等价转化为一个切换时滞系统的稳定性问题. 假定出现的每一个通信拓扑都是可一致的, 借助时滞切换系统稳定性的平均驻留时间方法, 以线性矩阵不等式(LMIs) 形式给出多智能体系统达到全局一致的充分条件. 数值实例验证了结果的正确性.

     

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.     

多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制

基于一致性算法, 在有向通讯拓扑下, 研究存在状态约束的多航天器系统分布式有限时间姿态协同跟踪控制问题. 在仅有部分跟随航天器可以获取领航航天器状态, 并且跟随航天器之间存在不完全信息交互的情形下, 设计了分布式快速终端滑模面, 提出了不依赖于模型的分布式有限时间姿态协同跟踪控制律. 根据有限时间Lyapunov 稳定性定理, 证明了系统的状态在有限时间内收敛于领航航天器状态的小邻域内. 最后通过仿真算例验证了所提出算法的有效性.

     

考虑状态约束的航天器编队分布式姿态协同跟踪控制

针对有向通信拓扑结构下的航天器编队姿态协同控制问题,提出一种基于反步法的分布式姿态协同跟踪控制律.在仅有部分跟随航天器可以获取动态领航航天器信息的情况下,利用多层神经网络的逼近特性对系统的非线性不确定性进行估计.同时,考虑到航天器编队的姿态协同跟踪控制性能,构造Barrier Lyapunov函数,使得状态变量保持在预设的约束区间内,进而实现对姿态跟踪误差的约束.根据代数图论和Lyapunov理论,证明跟随航天器的姿态跟踪误差最终有界.仿真分析表明了所提出控制方法的有效性.     

有向图下考虑暂态响应的多智能体H∞一致性控制

本文研究了有向通信拓扑条件下,线性多智能体满足一定暂态响应性能的H∞一致性控制。相比已有的无向通信拓扑条件下的结论,本文结论对通信拓扑结构要求大为降低,更具有一般性。文中通过对有向图下Laplacian矩阵特定形式的分解,将系统一致性问题转化成了低维系统的稳定性问题,进而根据Lyapunov稳定性分析给出了满足暂态性能指标的充分条件。文中给出了相应的控制设计方法,并结合空间二维二阶运动模型进行了仿真,结果表明该控制器设计方法有效。     

离散多智能体切换系统的二阶分组一致性研究

针对随机切换拓扑下离散多智能体系统的二阶分组一致性问题进行了研究。 设计了一种新颖的分组一致性协议,该协议不依赖于保守的假设条件,能全面反映系统中智能体在分组内与分组间的相互影响。引入马尔科夫链来模拟系统的随机拓扑变化, 基于矩阵理论和图论得到了在马尔科夫切换拓扑条件下,应用新协议使系统达到分组一致的充分条件。 在证明过程的结尾部分,使用线性不等式 (LMI) 工具给出了获取协议中控制参数的算法。最后,通过数字仿真实例证明了理论结果的有效性。     

基于SO(3)的多四旋翼无人机编队协同控制

针对多四旋翼无人机系统的编队飞行问题,提出了基于特殊正交群SO(3)的协同控制设计方法.在给出编队空间队形和通信拓扑描述后,建立了多四旋翼无人机系统SO(3)控制模型.由于SO(3)与传统俯仰/偏航/滚转三通道模型具有不同的结构,文中进一步研究了SO(3)中无人机之间相对误差的表示方法,设计了适用于多飞行器的SO(3)控制器实现对编队和姿态的协同控制.推力控制器用于调节无人机的位置与速度,并在此基础上构造旋转矩阵形式的姿态协同指令.文中相应设计了SO(3)姿态控制器用于实现指令跟踪,最后从理论上对协同稳定性进行了分析.提出的控制方法能够使得多四旋翼无人机形成期望的队形,并且保持姿态一致进行稳定飞行.仿真结果验证了本文方法的有效性.     

基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪

本文针对飞行器姿态跟踪控制问题, 考虑系统的内部模型不确定性和外界扰动, 设计了使跟踪误差一致最终有界的控制器. 以四元数为姿态参数, 建立系统的非线性误差模型; 将控制系统分为内环观测器和外环控制器分别设计, 其中, 线性扩张状态观测器作为系统内环将实际系统补偿为标称模型, 而外环非线性控制器则用于镇定非线性标称系统. 最后, 利用Lyapunov理论得到了一致最终有界的稳定性结论, 并基于频域理论, 分析了线性扩张状态观测器阶次对系统性能的影响. 姿态跟踪实验表明, 本文设计的控制系统能够有效实现飞行器的姿态跟踪控制.     

基于标准神经网络模型的非线性系统分布式无线网络化控制

针对采用标准神经网络模型(SNNM)描述的非线性系统,提出一种基于无线控制网络(WCN)的全分布式控制方法.采用置信因子模拟WCN中无线通信链路的不确定性,利用Lyapunov理论和Lur’e系统方法,将无线网络化控制系统(WNCS)的稳定性分析转化为一个具有线性矩阵不等式(LMI)约束的凸优化问题;使用CVX工具包求解该凸优化问题,得到了保证闭环系统全局渐近稳定的WCN配置参数.仿真结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性.     

多智能体系统通信拓扑最优设计

运用控制理论,矩阵论及最小二乘等理论,研究了多智能体系统的分组一致性与系统通信拓扑图的拉普拉斯矩阵属于特征值0的特征向量之间的关系.给出了在线性协议控制下,系统达到一致性和分组一致性,其通信拓扑的设计方法.提出了一阶多智能体系统的总能量概念,并得到了系统在能量最省时通信拓扑的最优设计.仿真实例佐证本文主要结论的正确性.     

具有干扰输入的不确定奇异系统的有限时间控制器设计

The concept of finite-time stability for linear singular system isinduced in this paper. Finite-time control problem is considered for linear singular systems with time-varying parametricuncertainties and exogenous disturbances. The disturbance satisfies a dynamical system with parametric uncertainties. Asufficient condition is presented for robust finite-ime stabilization via state feedback. The condition is translated to a feasibility problem involving restricted linear matrix inequalities (LMIs). A detailed solving method is proposed for the restricted linear matrix inequalities. Finally, an example is given to show the validity of the results.     

凸多面体不确定系统的符号稳定性分析

针对一类凸多面体描述的连续线性不确定系统研究其符号稳定性条件,从而从符号稳定的角度探索一种新的不确定系统鲁棒控制器设计方法.在矩阵符号稳定定义和必要条件的基础上,给出了矩阵集合符号稳定的定义和完整同源稳定符号型集合的概念,得到了凸多面体不确定系统符号稳定的充分必要条件.进一步分析了符号稳定凸多面体不确定系统的特征根分布与主对角线元素的关系,提出了基于符号稳定的不确定系统状态反馈镇定控制综合方法.相比于基于Lyapunov稳定性理论的不确定系统鲁棒控制方法,本文所提方法避免了求解线性矩阵不等式,并且更符合工程设计的习惯.通过一类三轴稳定卫星姿态控制问题的算例和仿真验证了所提方法的有效性.     

空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制方法

讨论了载体位置不受控制的漂浮基空间机械臂本体与末端抓手协调运动的自适应控制问题. 对系统的运动学、动力学分析表明, 结合系统动量守恒关系得到的系统动力学方程及协调运动的增广广义Jacobi矩阵可以表示为适当选择的组合惯性参数的线性函数. 以此为基础, 对于系统存在未知参数的情况, 设计了本体姿态与机械臂末端抓手惯性空间轨迹协调运动的自适应控制方案. 上述控制方案的显著优点在于: 不需要测量、反馈飞行器本体的位置、移动速度及移动加速度. 仿真运算, 证实了上述控制方案的有效性.     

一类不确定模糊模型的输出反馈鲁棒预测控制

针对一类满足扇形界条件的不确定模糊模型描述的非线性系统,提出一种输出反馈鲁棒预测控制方法．该方法将鲁棒预测控制的Min-Max优化问题转化为具有LMI约束的线性目标最小化问题,并且不需系统状态完全可测,仅仅利用系统测量输出和不可测状态的界限值来确定保证闭环系统鲁棒稳定的输出反馈控制器．仿真实验证明了该方法的有效性．     

Regional consensus of linear differential inclusions subject to input saturation

In this article, we consider regional consensus problem for a group of identical linear systems represented by a linear differential inclusion over an undirected communication topology. Each vertex system of the linear differential inclusion is represented by a general linear system subject to input saturation, and hence only regional consensus can be achieved. For given saturated distributed linear control protocols, we establish a set of conditions under which these control protocols achieve regional consensus and a level set of a Laplacian quadratic function can be used as an estimate of the domain of consensus. These conditions are given in the form of matrix inequalities and involve the properties of the communication topology. Based on these matrix inequalities, we formulate a linear matrix inequalities based optimization problem for obtaining as large an estimate of the domain of consensus as possible. By viewing the gain matrix in the consensus algorithms as an additional variable, this optimization problem can be adapted for the design of the consensus protocols. Simulation results illustrate the effectiveness of our proposed approach.     

基于T-S模糊模型的转台鲁棒最优控制器设计

针对飞行器仿真转台系统的非线性以及不确定性问题,提出了基于T-S模糊模型的鲁棒最优控制器设计方法.首先,利用IF-THEN模糊规则将转台速度环系统的状态空间分成不同的区域,构建具有参数不确定性的T-S模糊模型;然后,根据给定的最优性能指标要求以及控制输入约束,通过求解一组线性矩阵不等式(LMIs)进行鲁棒最优控制嚣设计.仿真结果表明,该方法不仅具有比较好的控制效果,而且能有效地解决控制输入约束问题,并能很好地保证对参数变化的鲁棒稳定性.