Consensus disturbance rejection control of directed multi-agent networks with extended state observer

This paper investigates the consensus disturbance rejection problem among multiple high-order agents with directed graphs. Based on disturbance observers, distributed consensus disturbance rejection protocols are constructed in leaderless and leader-follower consensus setups. Different from the previous related papers, the consensus protocols in this paper are developed in a fully distributed fashion, relying on only the state information of each agent and its neighbors. Sufficient conditions are provided to guarantee that the asymptotic stability of high-order multi-agent systems can be reached with matched disturbances.     

无人机编队构成的分散最优控制方法研究

针对无长机带领、具有固定无向通信拓扑的无人机编队构成控制问题,提出了一种基于"相邻"无人机状态反馈的分散最优控制方法。该方法采用Laplacian矩阵描述编队通信结构,以"相邻"无人机与编队构型间的相对状态误差构建分散最优控制模型,并通过求解具有LMI约束的线性目标最优化问题得到编队各无人机的分散最优控制律。该方法使得多无人机在分散协同的前提下,基于局部信息快速准确地形成预定编队构型,达到运动方向和速度的一致性。仿真实验验证了该方法的有效性。     

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...     

大规模UAV编队信息交互拓扑的分级分布式生成

UAV编队信息交互拓扑的优化设计是保证UAV编队安全性和任务执行高效性的重要基础。目前队形保持下UAV编队信息交互拓扑生成算法局限于小规模编队,且优化目标单一。针对这一问题,采用了分级分簇结构扩展信息交互拓扑层级,以满足大规模场景,同时以提高编队续航能力和减少编队总通信代价为组合优化目标,提出了基于最小树形图的分级分布式领航-跟随者编队信息交互拓扑生成算法,并通过OMNeT++进行了仿真验证。实验结果表明在考虑位置误差传递迭代时,分级分布式领航-跟随者编队的总通信代价明显低于传统领航-跟随者编队,且通过周期性更新簇首,网络能耗更加均衡,提高了编队续航能力;在80架UAV编队规模下,分级分布式领航-跟随者编队生成算法能够在0.3 s内求解完成,相比于传统领航-跟随者编队算法,求解效率提高了约2.5倍;在100架UAV编队规模下,分级分布式领航-跟随者编队生成算法能够在0.4 s内求解完成,而传统领航-跟随者编队由于位置误差的传递迭代已不能保持原有队形。     

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。     

飞控系统模糊控制器设计及稳定性分析

建立了飞控系统的Ｔａｋａｇｉ－Ｓｕｇｅｎｏ（Ｔ－Ｓ）模糊模型;给出了设计模糊状态反馈控制器,保证闭环系统全局渐近稳定、具有一定衰减率稳定的两个充分条件;提出了采用线性矩阵不等式（ＬＭＩ）方法,将该充分条件转化为对线性矩阵不等式族寻求ＬＭＩ可行解的凸优化问题,得到了稳定性分析和模糊状态反馈控制器设计的新方法。仿真结果表明,所提出的设计方法方便有效,控制器鲁棒性好。     

切换拓扑下无人机集群系统时变编队控制

针对多无人机(UAV)间通信拓扑可能发生变化的情况,研究了具有二阶积分特性的无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队控制问题。基于一致性方法设计了编队控制器,将编队控制问题转换成闭环系统的稳定性问题,引入了切换拓扑平均驻留时间的概念,并在此基础上利用线性矩阵不等式(LMI)方法,给出了控制器设计步骤。通过构造分段连续Lyapunov函数,证明了切换拓扑下无人机集群系统能够实现对指定轨迹的跟踪并且实现时变编队飞行。以三维空间运动的无人机集群系统为例进行了仿真验证,结果表明本文所提方法能够解决切换拓扑下无人机集群系统的轨迹跟踪与时变编队问题。     

航天器姿控系统的PD型学习观测器故障重构

针对满足Lipschitz条件的航天器姿态控制系统这一非线性系统中存在的执行器加性故障、空间干扰与测量噪声问题,提出了基于PD型迭代学习观测器的故障重构方法。该方法具有期望的鲁棒性能指标,能够在系统存在空间干扰与测量噪声情况下实现对突变故障与时变故障等故障类型的精确重构。基于线性矩阵不等式技术给出系统化PD型迭代学习观测器的设计方法,并根据Lyapunov稳定性理论对上述设计方法的稳定性条件进行了理论证明,同时利用鲁棒技术抑制空间干扰与测量噪声对执行器故障重构的影响,通过线性矩阵不等式工具箱求解观测器参数矩阵。最后,将该方法应用到航天器姿态控制系统中,仿真结果证明了该方法的有效性。     

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。     

基于自适应方法的多无人机编队队形控制

针对"长机-僚机"近距编队队形因风场扰动而不能保持期望队形的问题,首先,提出了一种自适应队形保持控制的方法,该方法可用于抵消因风场不确定性对无人机的横侧向和前行方向所产生的距离误差,同时能够保持无人机编队稳定飞行。其次,由于风场的不确定性会引起"长机-僚机"之间的动力学发生变化,因此设计了一种基于"长机-僚机"相对运动模型的自适应控制律用以估计风场在3个方向的大小,进而控制无人机之间的相对运动以消除风场不确定性所产生的距离误差并保持速度的一致性,最终实现保持期望的队形。再次,通过构建合理的李雅普诺夫函数,证明无人机编队在风场干扰下能够保持编队稳定飞行,同时"长机-僚机"之间相对横向、横侧向以及纵向的距离误差均接近零。最后,通过仿真验证：所提出的自适应控制方法具有良好的鲁棒性,这为工程实践提供理论依据。     

Formation tracking control for time-delayed multi-agent systems with second-order dynamics

In this paper, formation tracking control problems for second-order multi-agent systems (MASs) with time-varying delays are studied, specifically those where the position and velocity of followers are designed to form a time-varying formation while tracking those of the leader. A neigh-boring relative state information based formation tracking protocol with an unknown gain matrix and time-varying delays is presented. The formation tracking problems are then transformed into asymptotically stable problems. Based on the Lyapunov-Krasovskii functional approach, condi-tions sufficient for second-order MASs with time-varying delays to realize formation tracking are examined. An approach to obtain the unknown gain matrix is given and, since neighboring relative velocity information is difficult to measure in practical applications, a formation tracking protocol with time-varying delays using only neighboring relative position information is introduced. The proposed results can be used on target enclosing problems for MASs with second-order dynamics and time-varying delays. An application for target enclosing by multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) is given to demonstrate the feasibility of theoretical results.     

不确定线性时滞系统的鲁棒镇定控制

提出了利用构造系统的Lyapunov不等式的对称正定解，采用放大矩阵不等式的新方法，通过对鲁棒反馈控制系统不确定项进行结构表出，基于二次反馈策略构造系统的反馈镇定控制器。首先得到不确定线性时滞鲁棒系统稳定的充分条件，进而给出判别不确定线性时滞反馈系统鲁棒镇定的充分条件。所给出的定理争件易于表达，由于参数少而容易检验。     

Robust leaderless time-varying formation control for unmanned aerial vehicle swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics and directed switching topologies

This paper tackles the robust leaderless Time-Varying Formation(TVF) control problem for the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics, external disturbances and directed switching topologies. In comparison with the previous achievements on formation control problems, the UAV swarm system with Lipschitz nonlinear dynamics can accomplish the pre-designed TVF while tracking a pre-given trajectory which is produced by a virtual leader UAV in the presence of externa...     

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。     

非线性主动容错控制系统H∞模糊控制器设计

 考虑到实际主动容错控制(FTC)系统中故障以及故障检测与隔离(FDI)决策出现的随机性,用两个Markov过程分别描述系统的随机故障以及FDI的决策行为。采用Takagi Sugeno(T-S)模糊模型描述非线性主动容错控制系统,并基于并行分布补偿(PDC)方案以及线性矩阵不等式(LMI)优化技术,给出了使得闭环系统随机稳定且满足一个给定H_∞干扰衰减水平的模糊容错控制器设计方法。此外,考虑了一个次优的H_∞模糊容错控制设计问题。最后,倒车控制系统的仿真结果验证了所建议方法的有效性。     

非线性系统鲁棒稳定的区间判据及其在飞行控制中的应用

给出了一类非线性系统的鲁棒稳定性分析方法。通过对非线性系统的不同区域描述 ,将复杂的非线性问题转化为多个区间鲁棒稳定性问题。对区间鲁棒稳定性条件不等式进行变形 ,得到了该不等式可解的条件。此条件不仅大大简化了不等式 ,而且得到了新的鲁棒稳定性判据。进而 ,给出了非线性系统鲁棒反馈控制的设计方法。飞行控制器设计结果表明 ,本方法对不确定系统的分析和设计是有效的     

基于滑模的多无人机系统协同编队控制

针对具有非完整约束的多无人机系统编队控制问题，提出了一种基于滑模的协同编队控制算法。控制目标是使多无人机系统能够收敛到期望编队，并且能够跟踪上期望的运动轨迹。在领导-跟随结构中，编队的期望运动轨迹由一个动态的虚拟领导者来表示，仅部分跟随者先验已知虚拟领导者信息，并且所有跟随者之间只能局部交互信息。首先，采用分布式状态观测器，使所有跟随者能够在有限时间内估计出虚拟领导者的状态。然后，利用该观测器的估计状态，提出了基于滑模的协同编队控制算法。最后，基于李雅普诺夫稳定性理论证明了多无人机系统的稳定性,并且通过5架无人机的仿真验证了所提算法的有效性。     

On the exact solutions of pseudorange equations

Three formulations of exact solution algorithms to the system of determined pseudorange equations are derived. It is demonstrated that pseudorange equations are hyperbolic in nature and may have two solutions, even when the emitter configuration is nonsingular. Conditions for uniqueness and for the existence of multiple solutions are derived in terms of the Lorentz inner product. The bifurcation parameter for systems of pseudorange equations is also expressed in term of the Lorentz functional. The solution is expressed as a product of the geometric dilution of precision (GDOP) matrix, representing the linear part of the solution, and a vector of nonlinear term. Using this formulation stability of solutions is discussed     

H∞ output tracking control for flight control systems with time-varying delay

For flight control systems with time-varying delay, an H∞ output tracking controller is proposed. The controller is designed for the discrete-time state-space model of general aircraft to reduce the effects of uncertainties of the mathematical model, external disturbances, and bounded time-varying delay. It is assumed that the feedback-control loop is closed by the communication network, and the network-based control architecture induces time-delays in the feedback information. Suppose that the time delay has both an upper bound and a lower bound. By using the Lyapu- nov-Krasovskii function and the linear matrix inequality （LMI）, the delay-dependent stability criterion is derived for the time-delay system. Based on the criterion, a state-feedback H∞ output tracking controller for systems with norm-bounded uncertainties and time-varying delay is presented. The control scheme is applied to the high incidence research model （HIRM）, which shows the effectiveness of the proposed approach.     

跟飞编队卫星相对导航自适应EKF算法研究

针对跟踪星对目标星跟飞编队的相对导航问题,提出了基于自适应扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对导航算法。以线性离散化的椭圆参考轨道相对动力学模型为导航状态方程．设计了虚拟测量量及相应的测量矩阵,避免了求解雅可比矩阵的复杂计算。为了适应构型尺寸变化引起的模型误差变化,提出了模型误差在线估计算法。仿真显示,算法具有较快的收敛速度和较高的估计精度。该研究成果可作为卫星编队应用的有益参考。