基于事件驱动的动态多自主体系统的协调优化控制

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随着动态多自主体系统在智能传感器网络、分布式计算和在计算机与科学、无人飞行器自动控制、城市智慧轨道交通等重要科技领域的广泛的应用和发展,动态多自主体系统中的协同一致性控制问题已成为一个热点问题被广泛关注。大规模多自主体系统的控制和管理需要大量的计算资源和信道带宽,这使得以集中式的控制方式来管理系统变得昂贵甚至是不切实际的。为了解决这一问题,提高多自主体系统控制的可靠性和扩展性,可以通过共享的通信网络,利用邻居之间的本地信息交换来进行分布式控制。然而大规模动态多自主体网络在信息传输的过程中通信负载在不断地上升,这使得基于分布式事件驱动机制的也成为了一种更为有效的控制方式。基于事件驱动机制的多自主体系统协同一致性控制问题在理论上和实践上都引起了极大的关注,因为它不仅可以使所有自主体能够达成一致性,同时显著降低了多自主体系统中自主体信息的传输次数和节约了自主体有限的计算能力和自身电池能源。本文较为完整地总结了与多自主体系统的研究现状,并且以现代控制理论和矩阵论为理论基础,结合多自主体系统相关理论,重点研究了基于事件驱动机制的多自主体系统协同一致性运动问题。论文的主要做了如下研究工作:1.事件驱动机制下的分布式动态多自主体系统领导跟随协同控制问题。为了降低邻居自主体之间的信息交互次数和减少自身能源的消耗,提高多自主体系统的无线通信信道利用率,提出了一种仅依赖于各自主体及其邻居的自主体状态的分布式事件驱动控制算法。利用分布式事件驱动机制,建立了二阶动态多自主体系统的闭环模型。利用矩阵理论和现代控制理论,得到了基于事件驱动机制的多自主体系统协同运动的收敛条件。理论分析和计算表明,该控制协议不存在芝诺行为。2.事件驱动机制下动态多自主体系统主动抗干扰控制。考虑动态多自主体系统的输入通道中存在不可知的外部扰动。设计了分布式干扰观测器来估计系统中存在的干扰,采用基于事件驱动机制的干扰主动控制方案,经过严格的数学证明系统可以实现领导跟随一致,并且可以抑制扰动的影响。运用现代控制理论和矩阵论等工具分析了多自主体系统协同运动算法可以使得系统趋于稳定,并且证明了事件驱动机制的不存在芝诺行为。3.考虑在多自主体系统中只有部分跟随者能够接收到领导者自主体的位置状态的情况下的领导跟随一致性控制问题。为了降低自主体之间的通信代价和提高控制效率,提出了基于动态事件驱动机制的分布式领导者观测器。同时考虑到在实际的应用过程中多自主体会受到外部扰动的影响,针对通道中存在外部扰动的情况设计了相应的分布式扰动观测器来抑制扰动,并证明了本文所提一致性分布式控制协议可以在概率意义下实现领导跟随一致性。4.基于动态触发控制和状态观测器的二阶动态多自主体系统分布式最优控制。为了更加有效地减少通信资源的浪费和自主体自身能源的消耗,控制协议的触发方式采用了动态事件驱动机制,控制协议中使用每个自主体的位置状态和速度状态量并非是实时获取的,而是使用触发时刻的状态值,另外针对系统的输入通道中的扰动,设计干扰观测器来进行扰动抑制。最终,运用李雅普诺夫理论和矩阵理论获取了二阶自主体系统取得渐进一致性的充分条件。并且证明了本文设计的分布式动态事件驱动机制不会存在芝诺行为。
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