不确定环境下多自主体系统的分布式估计与控制

多自主体系统是当前系统控制界研究的热点问题. 在实际中, 自主体系统通常并不是在理想的环境下执行任务, 而是面临多源头、多层次和多变化的各类不确定性因素的影响. 它们通过在微观层面上影响各自主体决策的正确性, 从而在宏观上对自主体系统的整体行为产生显著影响. 不确定性因素和多自主体系统分布式信息架构交互耦合, 给系统的设计与分析带来本质性困难. 本文围绕分布式估计与分布式控制问题, 研究在随机通信噪声、数据丢失、量化和系统未知结构参数等不确定因素影响下, 如何为各自主体设计更加鲁棒、更加有效的分布式估计算法及分布式控制律, 以实现全局估计与控制目标, 并对闭环系统性能进行系统分析.     

非平衡拓扑和随机干扰情形下多自主体系统的趋同条件

研究了具有一般有向通信拓扑和高斯通信噪声的多自主体系统的趋同条件.这里所研究的有向拓扑不仅包含有向平衡图,而且包含非平衡图,后者是本文的重点.我们利用马氏链的结果得到了一个网络节点的互通类;通过对噪声影响的细化,给出了不同噪声情形下系统趋同条件:(1)对互通类的自主体获取信息受到噪声干扰情形,给出了系统均方趋同的充要条件,并证明该条件也保证以概率1 趋同;(2)对互通类的自主体获取信息未受到噪声干扰但其余自主体获取信息受到干扰情形,给出了系统均方趋同的充分条件,并证明该条件在一定意义下也是必要的;(3)对整个系统无噪声情形,给出了系统趋同的充要条件.     

基于马尔科夫拓扑切换和随机通信干扰的连续时间多自主体系统的趋同控制

研究了基于不可靠通信网络的连续时间多自主体系统的趋同控制.自主体间的通信信道受高斯噪声干扰;不可靠通信因素导致的网络拓扑随机切换由马氏链刻画.为克服随机噪声和马尔科夫拓扑切换的影响,设计了随机逼近型趋同协议;基于马氏跳参数随机微分方程稳定性理论、代数图理论、连续鞅和马氏链理论,证明了多自主体系统实现渐近无偏均方平均趋同...     

多体气动弹性系统超声速颤振分析

对一类多体气动弹性系统超声速颤振问题进行研究.分别采用多体动力学理论、活塞理论建立了弹性结构系统的动力学模型与超声速非定常气动力模型,得到了由微分代数方程表示的多体系统气动弹性动力学方程.通过数值求解微分代数方程的特征值问题,研究了多体系统在平衡位置小扰动运动的稳定性,完成了多体气动弹性系统超声速颤振分析.应用该方法研究了板状翼面及含操纵面翼面的超声速颤振问题,并得到了操纵面处于不同位置时翼面的颤振速度.结果表明,所发展的多体气动弹性系统超声速颤振分析方法,适用于由多个部件组成的工程结构颤振分析.     

基于actor-critic算法的分数阶多自主体系统最优主-从一致性控制

研究了分数阶多自主体系统的最优主-从一致性问题.在考虑控制器周期间歇的前提下,将分数阶微分的一阶近似逼近式、事件触发机制和强化学习中的actor-critic算法有机整合,设计了基于周期间歇事件触发策略的强化学习算法结构.最后,通过数值仿真实验证明了该算法的可行性和有效性.     

函数空间多体挠性结构系统动力学、稳定性与控制的研究

利用现代数学方法,在函数空间中研究了一类无穷维系统动力学、稳定性与控制问题.首先提出并建立了具有阻尼、陀螺部件和约束阻尼的多拓扑结构多挠体分布参数系统动力学控制模型;其次给出并论证了多体挠性结构特征、系统分析结果--可控可观性充要条件、稳定性理论和系统的渐近性质.研究的结果扩充和发展了本领域关于多挠体系统动力学与控制的理论成果,具有重要的工程意义.     

具有随机不确定通讯连接和马氏切换拓扑的多自主体系统的鲁棒H∞领导跟踪一致性研究

文章研究了马氏切换拓扑下多自主体系统的鲁棒H∞领导跟踪一致性问题.由于通讯环境中难以预知的变化,自主体之间的通讯连接可能具有随机的不确定成分,文章用伯努利分布序列来描述这种随机不确定性.同时,在很多实际系统中,想精准获得马氏跳变过程的转移率矩阵中的元素是不容易的,或者获取成本很高,因此文章中马氏切换拓扑的转移率是假定为...     

多柔体系统动力学符号演算的研究

多柔体系统动力学涉及繁杂的数学运算,对系统动力学方程和系数矩阵进行手工推导是低效而不可靠的．采用数值化方法进行系统动力学分析将包括许多虚运算和重复计算,使得计算效率和精度受到了影响．同时对约束和外力的变化适应性较差．本文在通用计算机符号演算软件ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡ环境下,研究了多柔体系统动力学的计算机符号演算方法,提出将多柔体系统动力学建模和数值分析的问题在ＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＡ环境中一体化解决,并通过实践说明这一方法是可行的和有效的．     

三阶多智能体系统的尺度群一致性

文章研究三阶多智能体系统的尺度群一致性问题:个体网络由两个子网组成;个体网络由任意有限个子网组成.分别针对这两种情形,设计分布式尺度群一致性协议,并基于矩阵理论及Routh-Hurwitz判据分析得到系统达到尺度群一致性的判定条件,以及系统达一致时的收敛状态.最后,通过仿真验证理论结果的有效性.     

基于牵制控制的多智能体系统的有限时间与固定时间一致性

主要研究了在有限时间与固定时间内,牵制多智能体系统到异质目标节点的问题.通过设计非连续的控制协议和两种有效的牵制方案,使得一群有向协作个体在有限时间内或者固定时间内与目标节点达到一致.利用微分包含、集值映射及Lyapunov稳定性理论,给出了多智能系统达到有限时间一致性和固定时间一致性的充分条件.最后,通过数值仿真验证...     

CONSENSUS ANALYSIS AND DESIGN OF LINEAR INTERCONNECTED MULTI-AGENT SYSTEMS

We deal with the state consensus problem of a general Linear Interconnected Multi-Agent System(LIMAS) under a time-invariant and directed communication topology.Firstly,we propose a linear consensus protocol in a general form,which consists of state feedback of the agent itself and feedback form of the relative states between the agent and its neighbors.Secondly,a state-linear-transformation is applied to equivalently transform the state consensus problem into a partial stability problem.Based on the partial stability theory,we derive a sufficient and necessary criterion of consensus convergence,which is expressed via the Hurwitz stability of a real matrix constructed from the parameters of the agent models and the protocols,and present an analytical formula of the consensus function.Lastly,we propose a design procedure of the gain matrices in the protocol by solving a bilinear matrix inequality.     

CONSENSUS OF THE SECOND-ORDER MULTI-AGENT SYSTEMS WITH AN ACTIVE LEADER AND COUPLING TIME DELAY

This article investigates the consensus problem of the second-order multi-agent systems with an active leader and coupling time delay in direct graph. One decentralized state control rule is constructed for each agent to track the active leader and it is proved that the proposed control scheme enables the consensus to be obtained when the adjacency topology is fixed/switched. Simulation results show effectiveness of the proposed theoretical analysis.     

量测带噪声的多个体二阶系统聚集控制

考虑在含有量测噪声情况下的二阶多个体系统聚集控制问题.目的是使得系统中每个个体根据邻居信息构造控制,在只有部分个体能够观测到目标的情况下到达目标.和以前许多多个体同步及聚集问题的研究模型中所考虑的一阶系统不同, 系统的每个个体都只能量测到其邻居个体的部分状态信息,如位置, 并且这些量测还带有噪声.根据这些信息设计了基于局部规则的分散控制律,并且证明当量测噪声和状态量测本身相关时,只要系统在任意给定的时间区域段之内能够保持联合连通,就能够实现系统对目标的跟踪和达到目标.     

复杂非线性系统的控制综合与动态分析

随着当代科学和技术的发展,复杂非线性系统和控制理论研究不断深入,应用领域不断扩大,已影响了科技和社会领域的许多方面.针对当今该领域的研究难点和重点,本文集中讨论了复杂非线性系统控制研究中的3个关键问题,包括非光滑系统控制、网络化系统控制、临界态分析与控制.一方面是对在相关研究领域中的部分科研成果做一个简要的总结;另一方面,想借此机会在自动化学会控制理论专业委员会成立50周年之际向专业委员会表示感谢和祝贺.     

离散事件动态系统的关键路径与扰动分析

具有存储器的串行生产线是一典型离故事件动态系统．本文在其极大代数上线性状态方程的基础上，定义了关键路径，并研究了关键路径的特性．通过关键路径，给出了其扰动分析方法．     

非线性控制系统的若干分析和综合方法

非线性系统控制是现代控制理论的重要组成部分.它涉及到许多有意义的控制问题.镇定控制是其中的一个核心设计问题,而目标跟踪、输出调节、自适应控制以及鲁棒控制等都是基于镇定的控制综合问题.我们实验室成员在过去的十多年里为解决非线性控制问题而提出了一系列不同的分析和控制方法,其中特别涉及到反馈线性化技术、广义Hamilton系统和非光滑控制.文章对我们已有的工作进行一个总结,也对非线性控制发展的未来做一个简要的展望.     

复杂系统控制分析综合中的若干新方向

随着当代科技的发展,复杂系统控制科学已经渗透到自然科学、工程技术和社会领域的各个方面,许多新的挑战性问题不断涌现.从一个侧面讨论了系统和控制科学理论中近年来一些研究机遇和重要问题,主要涉及高层次的自动机分析和控制,混杂系统和抽象化技术,网络化系统和分布式设计,并对所得到的有关研究结果做一个简要的总结以期与同行切磋讨论.还以此感谢系统控制重点实验室对我们工作的支持,并且对实验室成立50周年表示祝贺.