考虑时延的多Euler-Lagrange系统自适应神经网络协调跟踪控制

考虑存在通讯时延,在有向通讯拓扑结构下研究多Euler-Lagrange系统的协调跟踪控制问题。仅有部分跟随者可以获得静态领航者信息。对每一个跟随者设计了一种分布式观测器,以获得领航者的状态量。针对系统模型具有非线性不确定性和外部扰动情况,基于神经网络方法提出了两种分布式自适应协调控制律,分别使每一个跟随者对领航者的跟踪误差最终有界和渐近收敛到零。运用Lyapunov稳定性理论对两种控制律的稳定性进行了证明。数值仿真验证了本文提出的控制律的有效性。     

无人机集群分组编队控制跟踪一体化设计

针对具有Lipschitz非线性动力学特性的无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群系统的分组编队跟踪控制问题,提出了一种基于一致性理论的分组编队协同控制方法。首先,建立分层双虚拟结构的协同控制框架,将多编队生成、保持以及组内组间协同变换等复杂编队任务作为控制目标,基于参数组的队形描述方法,在分层控制框架内分别设置轨迹导引UAV和基准UAV,并利用UAV之间的局部运动信息设计编队控制律,克服了采用现有多编队控制策略编队间难以协同的缺陷;其次,设计多编队控制和目标跟踪一体化控制策略,确保在多编队进行协同变换的同时实现对机动目标的精确协同跟踪;最后,仿真结果验证了所提的控制算法能够实现分组编队的跟踪控制。     

基于MAS的无人机新型编队算法

无人机群极大地拓宽了无人机的应用领域,有效地弥补了单架无人机执行任务的缺陷。本文针对无人机群的运动一致性和编队控制,将领导者-跟随者法中领导者与跟随者的控制算法进行集成,设计了一种基于多智能体系统(MAS)的新型无人机编队控制算法。该算法既适用于领导者又适用于跟随者,并且可随机指定无人机为领导者,领导者可以受到跟随者导航反馈的影响,提高了系统的适应性和可伸缩性。理论分析表明,无人机群不会发生碰撞并且能够收敛到期望的编队队形。再经过数值模拟验证了算法的速度和轨迹跟踪能力。结果表明,该算法能保证一群无人机按预定的编队和航迹飞行。     

基于分布式估计与模糊控制的多机器鱼编队控制

针对多仿生机器鱼编队控制问题,提出了一种分布式的分层控制方案。首先,各机器鱼以一致性算法为数据融合模块对编队中心位姿进行分布式估计,据此获得在编队中的期望位姿,作为路径规划模块的输入;其次,各机器鱼基于速度与方向模糊控制器,实时跟踪期望轨迹,形成和保持编队。所提方法实现了期望位置分布式估计与机器鱼个体路径规划的分离,为不同种类机器鱼的合作控制问题提供了新思路。实验结果表明了所提方法的有效性。     

基于MAS的合作—竞争编队研究

基于牧羊犬跟羊群的自然现象,研究了一类具有合作—竞争拓扑的一阶多智能体系统的新型编队问题。针对每个智能体以领导—跟随者法设计了一种分布式编队控制算法,实现了合作—竞争交互网络的编队运动。利用结构平衡的独立强连通分量(SBiSCCs)推导出了一个充分条件,以确保所有智能体以分布方式进行合作—竞争编队运动。最后,通过数值仿真验证了理论结果,结果表明该算法可以保证一群智能体达到期望队形,实现合作—竞争编队运动。     

非线性多智能体网络的分布式包容控制

针对具有本质非线性动态的多智能体网络,研究分布式包容控制问题.假设只有部分个体已知领航者信息,依据相对位置和速度信息设计分布式控制律.基于代数图论、矩阵理论和Lyapunov稳定性分析方法,得出非线性网络实现渐近包容控制的充分条件.当跟随者之间有向强连通且每个跟随者都至少存在一个领航者与其通信,可选取合适的控制增益使得跟随者渐近收敛到由多个领航者所围成的静态凸包中.仿真实例验证了理论分析的正确性和有效性.     

多智能体系统的分布式预测控制器设计

针对多智能体系统的跟踪及编队控制问题,研究其分布式预测控制器的设计方法。考虑时变通讯拓扑情况,在优化问题中附加一项辅助约束,保证了优化问题的递归可行性及多智能体系统的闭环指数稳定性。在每个采样时刻,各智能体根据通讯拓扑实时更新其代价函数及辅助约束,通过求解带有状态、输入及辅助约束的优化问题来计算其控制输入。仿真结果验证了结论的有效性。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

单边Lipschitz非线性多智能体系统一致性追踪控制

针对单边Lipschitz非线性多智能体系统,提出了一种分布式一致性控制方法.首先,构建了领导-跟随者动力学结构,用于实现单边Lipschitz多智能体系统的追踪控制.然后,设计了单边Lipschitz非线性多智能体系统的一致性控制协议,可根据智能体之间局部交互信息构建分布式反馈控制,并将系统的一致性追踪问题转化为系统...     

跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制

从受完整约束和非完整约束的腾空相到仅受完整约束的站立相,利用空间浮动基,分阶段建立了类人机器人非规则运动-跳跃运动通用动力学模型;基于Lynapunov方法设计自适应率,研究了跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制,保证跟踪收敛和闭环系统的渐进稳定。仿真研究表明,跳跃机器人通用动力学模型为空间机器人建模提供参考;模糊自适应与计算力矩混杂模型轨迹跟踪控制改善了系统自适应性,丰富了非规则运动的姿态控制和稳定性分析方法。     

编队飞行最优相对轨迹生成与跟踪控制

燃料消耗和对参考轨迹的跟踪误差是编队任务的主要关注因素,为尽量节省燃料且减小跟踪误差,需要设计合理的参考轨迹与跟踪控制算法。为此,首先推导描述星间相对运动的完整动力学方程以及对参考轨迹的跟踪误差方程,基于完整相对动力学模型的无摄动形式,利用LGR(Legendre Gauss Radau)法将最优轨迹规划问题转化为非线性规划问题,使其可以数值求解;进而设计了带极点配置的H∞控制器,通过将系统闭环极点配置到左半复平面的合适区域,可以得到满意的跟踪误差同时维持合理的燃料消耗,在存在地球引力摄动、空间环境扰动以及主星轨道机动的情况下,能够完成对期望轨迹的跟踪。仿真结果显示了结果的有效性。     

基于DSC和MLP的欠驱动船舶自适应滑模轨迹跟踪控制

针对存在船舶动态不确定和外界干扰的欠驱动水面船舶轨迹跟踪控制问题,提出一种基于动态面控制(dynamic surface control,DSC)和最小学习参数法(minimal learning parameter,MLP)的自适应滑模控制方法。在控制律的设计过程中,为实现位置跟踪误差的收敛,利用反步法设计船舶前向速度和横漂速度的虚拟控制律镇定轨迹跟踪误差;引入DSC技术,用于消除反步法对虚拟控制求导引起的“微分爆炸”问题;另外,采用MLP技术,以单参数在线学习代替所有权值在线学习,减少控制器的计算量,避免出现“维数灾难”问题,并结合带有“σ-修正”的自适应律,防止参数漂移,易于工程的实现。稳定性分析证明了所设计控制律可以保证轨迹跟踪船舶闭环系统中轨迹跟踪误差信号一致最终有界,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。     

Model Reference Adaptive Control for Networked Distributed Systems with Strong Interconnections and Communication Delays

In recent years, networked distributed control systems (NDCS) have received research attention. Two of the main challenges that such systems face are possible delays in the communication network and the effect of strong interconnections between agents. This paper considers an NDCS that has delays in the communication network, as well as strong interconnections between its agents. The control objective is to make each agent track efficiently a reference model by attenuating the effect of strong interconnections via feedback based on the delayed information. First, the authors assume that each agent knows its own dynamics, as well as the interconnection parameters, but receives information about the states of its neighbors with some communication delay. The authors propose a distributed control scheme and prove that if the interconnections can be weakened and if the communication delays are small enough, then the proposed scheme guarantees that the tracking error of each agent is bounded with a bound that depends on the size of the weakened interconnections and delays, and reduces to zero as these uncertainties reduce to zero. The authors then consider a more realistic situation where the interconnections between agents are unknown despite the cooperation and sharing of state information. For this case the authors propose a distributed adaptive control scheme and prove that the proposed scheme guarantees that the tracking errors are bounded and small in the mean square sense with respect to the size of the weakened interconnections and delays, provided the weakened interconnections and time delays are small enough. The authors then consider the case that each agent knows neither its dynamics nor the interconnection matrices. For this case the authors propose a distributed adaptive control scheme and prove that the proposed scheme guarantees that the tracking errors are bounded and small in the mean square sense provided the weakened interconnections and time delays are small enough. Finally, the authors present an illustrative example to present the applicability and effectiveness of the proposed schemes.     

变后掠翼航弹最优弹道自适应滑模跟踪控制

根据变后掠翼航弹在预定弹翼构型下对最优方案弹道跟踪的精确性和鲁棒性要求,设计了一种轨迹姿态双回路自适应滑模控制器。外环轨迹跟踪回路以位置偏差为参考输入,得到方案攻角参考指令,同时基于Lyapunov稳定性理论给出外环滑模收敛的充分条件;内环姿态跟踪回路则设计了参数自适应律,抑制由后掠角引起的时变参数摄动,同时生成舵偏控制指令,以实现对姿态的跟踪控制。仿真对比结果表明,该自适应滑模控制器在有效消除参数不确定性影响的同时保证了变后掠翼航弹在弹翼预定作动时对最优方案弹道跟踪的稳定性,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。     

Leader-following coordination of multi-agent systems with information feedback

Based on the strategy of information feedback from followers to the leader, flocking control of a group of agents with a leader is studied. The leader tracks a pre-defined trajectory and at the same time the leader uses the feedback information from followers to the leader to modify its motion. The advantage of this control scheme is that it reduces the tracking errors and improves the robustness of the team cohesion to followers’ faults. The results of simulation are provided to illustrate that information feedback can improve the performance of the system.     

基于滑模变结构的弹道跟踪制导律设计

针对防空导弹弹道跟踪问题,基于滑模变结构理论设计了一种弹道跟踪制导律。首先,采用弹道坐标变量而不是时间变量对导弹质点运动模型线性化,得到允许扰动范围更大的线性化模型;接着,基于单输入线性系统滑模变结构控制理论设计滑模面和制导指令,并给出制导系统工作原理;最后,在一定干扰作用下,将所设计的跟踪制导律应用于导弹质点运动仿真,从模型优劣、抑制随机风干扰能力、鲁棒性等方面进行分析,并与线性二次型调节器（linear quadratic regulator, LQR）跟踪制导律进行了比较,结果表明,该线性化模型与以时间为自变量的线性化模型相比具有一定优势,且滑模制导律对模型不确定性具有更好的鲁棒性。     

基于伪谱法的欠驱动航天器实时最优控制算法设计

针对欠驱动刚性航天器提出了时间最优的闭环状态反馈控制算法。首先,利用直接Legendre 伪谱法规划出航天器开环的姿态机动轨迹,并验证了所得最优控制输入的可行性。然后,以航天器实际运行轨迹与开环轨迹间的偏差为变量构造偏差方程,并提出了基于间接Legendre 伪谱法的最优姿态稳定控制算法。最后,采用实时重规划策略实现了稳定控制器状态的反馈,从而完成了对参考轨迹的闭环跟踪。仿真结果表明所提算法运算量小,计算速度快,可以实时获取解析形式的控制输入修正量,而且对初始姿态存在扰动的情况具有一定的鲁棒性,运算精度较高。     

目标轨线迭代可变的非线性系统自适应学习控制

针对含有混合参数的非线性不确定系统,提出了一种自适应迭代学习控制方案。该方案利用Back-stepping方法和参数重组技巧相结合,可以处理目标轨线迭代可变的跟踪问题。通过引入微分-差分自适应学习律,设计了一种自适应控制策略,使得跟踪误差在一个有限区间上的积分渐近收敛于零;通过构造Lyapunov-like函数,给出了闭环系统收敛的一个充分条件。数值仿真验证了所提方法的可行性。     

Distributed Event-Triggered Tracking Control of Heterogeneous Discrete-Time Multi-Agent Systems with Unknown Parameters

In this paper, a novel design framework is developed to solve the cooperative tracking problem of heterogeneous discrete-time multi-agent systems with unknown agent parameters and directed communication topologies. First, a distributed event-triggered observer is developed to handle the heterogeneity of the multi-agent systems. An event-triggering mechanism is proposed to reduce the amount of data transmission between neighboring agents. Then, based on the proposed observer, a discrete-time distributed model reference adaptive controller is presented to deal with the unknown parameters of the multi-agent systems. It is shown that by using the proposed observer and the model reference adaptive controller, the proposed design framework could achieve output tracking of the unknown multi-agent systems for any communication graph containing a directed spanning tree. Finally, an example is presented to illustrate the effectiveness of the proposed controller.