非線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制.pdf

1、近年來(lái)，由于多智能體系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)協(xié)調(diào)控制，多機(jī)器人編隊(duì)控制，多智能體集群運(yùn)動(dòng)，分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制引起了包括物理學(xué)，生物學(xué)，控制科學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域科學(xué)家們的極大興趣。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的基本問(wèn)題包括一致性控制，會(huì)合控制，聚結(jié)控制和編隊(duì)控制等，其中后三者可以看作是一致性控制的推廣和特例。
　　本文在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的總框架下，主要研究了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中個(gè)體模型為含不確定性的非線性一階系

2、統(tǒng)對(duì)二階領(lǐng)航者動(dòng)態(tài)軌跡的協(xié)調(diào)跟蹤控制;由多個(gè)含不確定參數(shù)的嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸出同步控制;由多個(gè)高階非線性冪積分器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸出同步控制和由多個(gè)控制方向未知的個(gè)體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一致性控制。
　　具體內(nèi)容如下:
　　1.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中個(gè)體模型為含有不確定項(xiàng)及干擾的一階積分器的情形，本文結(jié)合圖論相關(guān)知識(shí)，提出了一類協(xié)同跟蹤控制器，使得跟隨者個(gè)體能夠在具有二階動(dòng)態(tài)模型的領(lǐng)航者速度信息不可測(cè)的情況下，采用分布式

3、速度估計(jì)器對(duì)領(lǐng)航者速度進(jìn)行估計(jì)，并融入自適應(yīng)的參數(shù)估計(jì)器和干擾補(bǔ)償器對(duì)自身模型中的不確定性進(jìn)行補(bǔ)償和抵消，運(yùn)用Lyapunov方法對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，確保在通信圖含有生成樹或強(qiáng)連通的拓?fù)錀l件下，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)跟隨者個(gè)體與領(lǐng)航者之間的跟蹤誤差有界。
　　2.針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中個(gè)體為含未知參數(shù)的高階嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)的情況，本文假設(shè)每個(gè)個(gè)體對(duì)應(yīng)有一個(gè)“虛擬個(gè)體”，該“虛擬個(gè)體”為與實(shí)際個(gè)體同階的確定型線性積分器系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的一

4、致性控制器使得所有的虛擬個(gè)體達(dá)到輸出同步，與此同時(shí)對(duì)每個(gè)實(shí)際個(gè)體運(yùn)用逐步反推(Backstepping)方法設(shè)計(jì)跟蹤器，使得實(shí)際個(gè)體的輸出能夠漸近跟蹤上所對(duì)應(yīng)的虛擬個(gè)體輸出，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在通信拓?fù)鋱D含有生成樹的條件下達(dá)到輸出同步?？紤]到上述虛擬個(gè)體跟蹤方法計(jì)算量較大且網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔榻?jīng)計(jì)算得到的虛擬個(gè)體狀態(tài)量而非經(jīng)傳感器測(cè)量得到的狀態(tài)，同樣針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中個(gè)體模型為含未知參數(shù)的高階嚴(yán)格反饋型非線性系統(tǒng)的情況，本文提出了一種基于實(shí)際

5、個(gè)體狀態(tài)的輸出同步控制器，該控制器包含:自身狀態(tài)反饋，周圍鄰域內(nèi)個(gè)體狀態(tài)信息，針對(duì)自身動(dòng)態(tài)模型中未知參數(shù)的估計(jì)器和針對(duì)鄰居模型中未知參數(shù)的估計(jì)器四部分，該控制器同樣屬于分布式控制器。通過(guò)結(jié)合圖論知識(shí)并構(gòu)造非增的半正定函數(shù)Augmented Laplacian Potential，證明了在通信圖連通的拓?fù)錀l件下該控制器能夠確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有個(gè)體的輸出達(dá)到同步且其余狀態(tài)量有界。進(jìn)一步，針對(duì)參數(shù)估計(jì)器階數(shù)會(huì)隨模型階數(shù)增加而顯著增加的情況，本文

6、采用了調(diào)節(jié)函數(shù)(Tuning Function)進(jìn)行降階，并且該調(diào)節(jié)函數(shù)也是分布式的。
　　3.作為一種特殊的非線性系統(tǒng)，單個(gè)高階冪積分器系統(tǒng)的穩(wěn)定性問(wèn)題和跟蹤問(wèn)題引起了研究者們的廣泛關(guān)注。本文將該類系統(tǒng)模型引入至網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，考慮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)個(gè)體模型為高階冪積分器的情形，結(jié)合圖論相關(guān)知識(shí)，通過(guò)構(gòu)造非增的半正定函數(shù)AugmentedLaplacian Potential和運(yùn)用增加冪積分器的方法，設(shè)計(jì)了一種分布式的輸出同步控制器。在通信圖連

7、通的拓?fù)錀l件下能夠使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有個(gè)體輸出達(dá)到同步且其余狀態(tài)量有界，并且進(jìn)一步考慮當(dāng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中個(gè)體輸入端受到未知干擾的情況，運(yùn)用滑模變結(jié)構(gòu)控制和自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)了干擾補(bǔ)償器，結(jié)合原有輸出同步控制器，同樣實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)輸出同步和整體有界的控制目標(biāo)。
　　4.控制方向未知型系統(tǒng)的穩(wěn)定控制一直是非線性控制領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，本文將該類系統(tǒng)模型引入至網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，研究由多個(gè)控制方向未知個(gè)體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一致性問(wèn)題，在控制器中加入能夠自動(dòng)匹配控

8、制方向的Nussbaum函數(shù)項(xiàng)，通過(guò)構(gòu)造Sub-Lyapunov函數(shù)巧妙避開分析過(guò)程中多個(gè)Nussbaum函數(shù)相互耦合的情況，結(jié)合Barbalat引理和圖論相關(guān)知識(shí)，確保了在雙向圖連通或有向平衡圖弱連通的拓?fù)錀l件下解決網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一致性問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步提出了一種控制策略，使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有個(gè)體狀態(tài)不僅達(dá)到一致，并且都趨于平衡點(diǎn)。與前面提到的算法一樣，它們都屬于分布式控制算法。
　　最后對(duì)全文的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，簡(jiǎn)要討論了