有向切换拓扑下非线性多智能体系统的一致性控制

本文研究有向切换拓扑条件下无领导者的Lur'e型非线性多智能体系统的动态一致性问题。设计了基于协同邻居输出信息的观测器类型的动态一致性算法,可以保证在邻居状态信息未知情况下系统达到一致。利用Laplacian矩阵的特殊性质以及Laplacian矩阵的降维变型形式,提出了一种新的拓扑依赖的多重Lyapunov函数构建方法,进而将切换拓扑下的一致性问题转换为低维切换系统的稳定性问题。该方法放宽了对拓扑条件的约束,实现了网络拓扑依赖矩阵和系统动态依赖矩阵的独立设计。再利用多重Lyapunov函数法结合线性矩阵不等式方法对系统进行稳定性分析,给出动态一致性控制器的反馈矩阵的求解方法,得到了平均驻留时间条件。结果表明,提出的方法可使得Lur'e型非线性多智能体系统达成一致,只要满足每个候选拓扑中都包含有向生成树且切换拓扑的平均驻留时间大于一个指定的阈值。     

异构多智能体系统分组输出时变编队跟踪控制

空地协同控制是前沿的热点研究之一,以无人机、无人车为代表的空地智能体动力学模型的差异为研究带来了挑战。研究了高阶异构多智能体系统在有向拓扑条件下的分组输出时变编队跟踪控制问题,提出了虚拟领导者、分组领导者以及跟随者组成的三层协同控制架构。虚拟领导者用于规划整个多智能体系统的状态轨迹,分组领导者跟踪虚拟领导者所提供的轨迹信息,并相互协作以实现分组间的协同配合。跟随者跟踪分组领导者的输出并实现期望的输出编队。在有向通信拓扑结构条件下,基于局部邻居间的相对信息、观测器理论和滑模控制理论构造了控制协议,利用Lyapunov稳定性理论证明协议的有效性。数值仿真结果表明提出的方法能够实现无人机、无人车等异构智能体的空地协同,具有较好的工程应用价值。     

卫星姿态跟踪系统的鲁棒控制器设计

研究了具有参数不确定性和外部干扰的卫星姿态跟踪控制问题。针对这一类多输入／多输出不确定非线性系统，提出了一个基于不确定项上界的鲁棒输出跟踪控制器设计方法。应用输入／输出反馈线性化法和李亚普诺夫方法，设计了一个控制律，它可确保系统输出按指数规律跟踪期望输出。该控制器计算简单，易于实现。仿真结果表明：即使系统存在不确定性，仍可在闭环系统中实现精确的姿态控制。     

基于分布式自适应的多智能体容错一致性控制

针对"领航者-跟随者"的多智能体编队，由于领航者系统出现故障引起编队通讯中断而不能完成任务的问题，提出了一种基于一致性理论的分布式自适应控制方法，用于解决该问题。首先，以一个位于顶点的智能体作为领航者，其余3个位于同一条线上的智能体作为跟随者，由此所构成的三角形编队作为被控对象。其中，领航者速度方向作为编队的前行方向，跟随者位于领航者之后。其次，基于图论，对智能体局部信息参数进行分布式自适应更新，并设计分布式自适应控制律，用于弥补多智能体编队中领航者故障所造成的影响。同时，根据相邻智能体的局部信息，设计整体分布式自适应容错控制律，进一步通过构建合理的Lyapunov函数，证明所设计控制器的稳定性，以及"领航者-跟随者"之间相对横向以及相对纵向的距离误差均收敛于固定常数。最后，仿真验证表明：所提出的自适应控制方法具有良好的鲁棒性，这也为工程实践提供了理论依据。     

基于相对方位信息和单间距测量的多智能体编队协同控制

由多个载体组成的多智能体系统对复杂环境具有更高的适应性,能够完成传统单个载体无法完成的任务。针对多智能体编队集结与队形移动跟踪问题,提出了一种改进的多智能体编队协同控制新算法。首先,以拒止环境下跟随智能体仅能通过光学传感器测量相对方位信息为任务背景,针对"领导者——第一跟随者"结构的多智能体编队,提出了基于相对方位信息与单间距测量的控制器,使得第一跟随者智能体可以追随移动的领导者智能体,并且可以通过改变与领导者智能体的间距对编队整体队形进行缩放控制。其次,提出一种了改进的分布式控制律,使得其他跟随者智能体可以仅通过两个相对方位信息完成编队飞行。然后,根据Lyapunov第二方法,构建了系统的能量函数,验证了所提出算法的稳定性。最后,通过数值仿真实验对所提算法进行了验证。仿真结果表明,基于该控制律多智能体系统能够完成编队集结、队形缩放和编队飞行的任务。     

基于自适应模糊系统的空天飞行器非线性预测控制

 针对一类多输入多输出非线性不确定系统,提出了基于自适应模糊系统的非线性预测控制方法。控制器由基于模糊系统的非线性预测控制器和鲁棒自适应控制器两个部分组成。根据系统的跟踪误差在线调整模糊系统的权值,使得模糊系统一致逼近被控对象中的非线性函数,通过泰勒展开设计出基于模糊系统的非线性预测控制律,避免了预测控制在线优化带来的繁重的计算负担。鲁棒自适应控制器则用于减少不确定和模糊逼近误差对系统的影响。所设计的控制器保证了闭环系统的最终一致有界稳定。基于Lyapunov稳定原理,给出了理论证明和分析。最后利用提出的控制方案设计了空天飞行器高超声速飞行姿态的控制系统,仿真结果表明了控制方案的有效性。     

飞机纵向非线性系统的鲁棒输出跟踪控制器设计

研究了单输入单输出非线性不确定系统的鲁棒输出跟踪控制。在标称系统可输入/输出线性化、不确定性项有界且满足广义匹配条件的情况下,可得到系统的高增益鲁棒输出跟踪控制器。鲁棒控制器仅依赖于设计参数和不确定性的界。将该方法应用于飞机纵向高阶非线性动态的控制器设计,并进行了数字仿真。结果表明了该方法的有效性。     

执行器饱和的多智能体一致性控制

针对执行器饱和约束下的一类离散多智能体系统，设计了一种基于线性矩阵不等式的一致性控制律，并对线性矩阵不等式解的存在性进行了分析。由于饱和环节的影响，导致多智能体系统的一致性与个体的初始状态有关，不同的控制律所能允许的个体之间的初始偏差的范围不同。为了定量分析控制律所对应的初始偏差范围，引入吸引域的概念对所设计的控制律进行评估，并对控制律参数进行优化以扩大吸引域的范围。最后，通过数值仿真说明了所设计控制律的有效性。     

多导弹三维编队控制

 多导弹编队控制可极大提高多枚导弹协同作战的效能。重点研究了多导弹编队控制涉及的2个主要问题：编队结构问题和三维编队保持控制器设计问题。提出了改进的领弹-跟随弹编队模式,结合多级分布式控制策略,解决了领弹失效时队形无法保持的问题;设计了基于相对误差的三维非线性跟随弹编队控制器,得到相应的跟踪控制律。不管领弹如何机动,跟随弹与领弹的相对距离始终为指定的期望值,同时跟随弹的速度、航向角和滚转角也能与领弹保持一致,通过仿真验证了所设计的编队控制器具有鲁棒性和稳定性。     

一类非线性系统自适应神经网络块控制器设计

对一类多输入多输出非线性系统,提出了一种基于块控原理自适应控制器设计方法.利用反演设计技术和RBF神经网络设计了控制器,并通过引入改进的Lyapunov函数,成功地避免了在控制函数矩阵未知情况下的自适应控制奇异问题.利用Lyapunov稳定性定理证明了系统的所有信号均有界.最后的仿真研究表明了该设计方法的有效性.     

Semi-global leader-following consensus-based formation flight of unmanned aerial vehicles

In this paper, we investigate a formation control problem of multi-agent systems(specifically a group of unmanned aerial vehicles) based on a semi-global leader-following consensus approach with both the leader and the followers subject to input saturation. Utilizing the low gain feedback design technique, a distributed static control protocol and a distributed adaptive control protocol are constructed. The former solves the problem under an assumption that the communication network is undirecte...     

Event-triggered control for containment maneuvering of second-order MIMO multi-agent systems with unmatched uncertainties and disturbances

This paper is concerned with distributed containment maneuvering of second-order Multi-Input Multi-Output (MIMO) multi-agent systems with non-periodic communication and actuation. The agent is subject to unmatched nonlinear dynamics and external disturbances. Event-triggered containment maneuvering control methods is developed based on a modular design. Specifically, an estimator module is constructed based on neural networks and the non-periodic obtained follower information through event-triggered communication. Next, a controller module is designed by using the identified information from the estimator module and a third-order linear tracking differentiator. An event-triggered mechanism is introduced for updating the actuator. Then, a path update law is designed based on the non-periodic leader information through event-triggered communication. The closed-loop system cascaded by the estimation subsystem and control subsystem is proved to be input-to-state stable, and Zeno behavior is excluded in the control process. The proposed method is capable of reducing the consumption of communication and actuation. A simulation example is provided to substantiate the effectiveness of the proposed event-triggered control method for distributed containment maneuvering of second-order MIMO multi-agent systems.     

有输入未建模动态的导弹鲁棒控制器设计

在导弹系统俯仰通道中存在输入未建模动态情况下，提出了一种基于RBF神经网络和反演控制技术的非线性鲁棒控制器的设计方法。首先应用两个RBF神经网络对输入未建模动态设计了神经网络逆补偿器．然后利用反演控制技术设计了导弹非线性控制器．最后应用Lyapunov稳定性理论推导出RBF神经网络权重矢量调节律，证明了系统的所有信号均有界且全局指数收敛至原点。最后给出的BTT导弹非线性六自由度数字仿真结果显示了该设计方法的有效性。     

Output formation tracking for networked systems with limited energy and aperiodic silence

For leader-following networked systems with the topology switching and the aperiodic silence, limited-energy output formation tracking problems are investigated. Firstly, a new output formation tracking control protocol is proposed, which contains two components associated with the communication interactions between the leader and tracking intelligent agents and the communication interactions among tracking intelligent agents, respectively, and the aperiodic silence, the topology switching and t...     

多智能体离散时间系统一致性研究

研究了无向连通图条件下带有输入延时的多智能体离散时间系统一致性问题,分析了多智能体系统一致性问题和离散时间系统稳定性之间的本质联系。利用广义Nyquist稳定性判定准则和矩阵特征值相关理论,推导出多智能体离散时间系统在信息交换拓扑为无向连通图且带有输入延时的条件下达到渐近一致的充分条件。仿真结果与理论分析相符,在无向连通图条件下,当输入延时小于或等于该充分条件给出的标准延时,多智能体系统可以达到渐进一致。     

一类不确定非线性系统的鲁棒自适应设计

讨论了一类含有广义不确定性的非线性系统的自适应跟踪问题。通过引入一种新颖的鲁棒函数,有效地抑制了系统不确定性对系统的影响,并利用反演设计技术设计了控制器,避免了系统控制矩阵未知时控制器可能出现的奇异问题,证明了系统的状态跟踪误差和参数误差指数收敛于原点的一个邻域。     

联合连通拓扑下多无人机编队控制

针对在联合连通拓扑条件下的多无人机系统,研究了具有二阶动力学系统模型的多无人机系统时变编队控制问题。基于一致性理论,设计了一致性控制器,将联合连通拓扑条件下的编队控制问题简化为低阶时间平均系统的渐进稳定性问题。利用Lyapunov函数证明了所设计的控制器能够实现编队控制,并利用线性矩阵不等式(LMI)方法给出了控制器的设计算法。在三维空间中,对多无人机系统进行了仿真,验证了所设计的一致性控制器能够使得多无人机系统在联合连通拓扑条件下形成时变编队。