具有通信时延下多无人机编队控制

 针对具有二阶动力学特性多无人机系统模型,在具有通信时延及编队构型时变的情况下,本文提出了一种基于一致性理论的编队控制算法。首先将多个无人机的时变编队控制问题转换成闭环系统的渐近稳定问题;然后通过构造Lyapunov-Krasovskii 函数,并以线性矩阵不等式（linear matrix inequality）的形式给出多无人机编队系统时变编队稳定的充分条件;最后以被视为质点的多无人机系统为例进行了仿真验证。结果表明：当通信时延、控制协议参数等满足稳定条件时,文中提出的编队控制算法能使多无人机编队系统形成期望的时变编队队形。     

迭代学习在多智能体编队中的控制研究

针对具有控制时延的非线性多智能体系统模型,设计了一种能够实现其稳定编队的迭代学习控制算法.首先,建立单个智能体的动态特性,根据多智能体的拓扑连接结构,将多智能体编队控制问题转化为跟踪问题.其次,针对每个智能体设计形式统一的迭代学习控制器,根据每个智能体不同的动态特性,选取合适的学习增益矩阵.最后,基于λ范数理论证明了算法的收敛性.由于该迭代学习控制算法放宽了对迭代初值的限定,使其达到在任意常值初态条件下的稳定控制,从而满足了各个智能体在初始位置随机分布时的编队控制要求.仿真结果证明了文中所给算法的有效性.     

具有通信时延和拓扑时变的多无人机姿态同步控制

针对具有二阶动力学特性的多无人机系统模型,研究了多无人机(multi-UAVs)系统在通信时延和通信拓扑结构为无向时变情况下的姿态同步问题。通过对姿态同步的一致性条件分析,将一种针对多个一般非线性系统的基于输出反馈的协同控制方法应用在采用四元数法描述的空间多个刚体姿态的协同控制系统中去,并利用姿态动力学及Lyapunov-Krasovskii泛函对该控制方案进行了理论证明。数值仿真结果表明,当通信时延、通信拓扑结构等参数随机切换时,该姿态同步控制算法能有效地保证每个飞行器在编队中能够与其他飞行器保持姿态同步的同时,还能够在有限时间内达到期望的时变姿态以及角速度。     

大规模机器人群体的分层编队控制算法

提出一种分层拓扑结构作为机器人群体在动态期望区域内的编队队形,并在此基础上设计一种基于分层拓扑的群体编队及避障控制器,邻域内各层层间机器人之间的通信是双向的.多机器人通过虚拟领导者的引导向动态期望区域内运动,并在邻居个体间的局部交互下形成期望编队控制队形,机器人群体速度达到一致,个体间距离稳定,从而实现编队和避碰.控制器中形状调节力用于调整和保持机器人群体队形,解决编队中因可能出现局部极小值而导致某些机器人死锁的问题.仿真实验表明了该算法是有效性的.     

具有通信约束的分布式水下航行器群编队控制

提出了具有通信约束的分布式水下航行器群编队控制算法.证明了在水下航行器群构成的动态网络拓扑为连接图的情况下,当航行器间的通信时延小于某个确定的上界时,该编队控制算法将以分布的方式使得群内所有航行器的速度和编队队形分别全局渐近地收敛至期望速度和期望队形.该算法的分布式本质使得水下航行器问的通信负担明显减轻,数值仿真结果验证了控制算法的有效性.     

基于通信的多移动机器人编队控制系统

论述了一类通用的经过通信信道进行协调的多移动机器人编队控制系统.在分别获取自身位姿信息的前提下,各个机器人通过通信信道交换和共享同组成员的位姿信息,然后通过计算得到各机器人之间的相对位姿,进而完成编队协调任务.利用此技术,可实现一种不受环境限制的多机器人编队,其特点在于编队的完成主要依赖于通信系统,不论编队中各机器人是否能够彼此感知,编队都能进行,从而提高了多机器人编队对环境的适应性.采用闭环l-ψ编队控制算法验证此设计方法的有效性,在三台移动机器人上进行了实验,实验结果证明了该方案的可行性.     

复杂条件下多智能体系统编队一致性控制

针对噪声信号使多智能体系统难以形成一致的问题,综合运用代数图理论、矩阵论等知识,结合一致性形成条件和现有的一致性协议,提出一种改进的带有噪声的一致性控制算法。该算法能够使系统状态量与控制输入量收敛到一个很小的范围,从而大大弱化噪声对系统的影响。将这种改进算法应用到多智能体编队控制中并进行仿真,仿真结果表明,采用改进的一致性控制算法后,多智能体运动轨迹波动小,轨迹曲线平滑,各运动参数趋于一致,具有良好的编队一致性。     

基于相邻矩阵的多机器人编队容错控制

针对基于leader-follower模式的多机器人编队运动中可能出现的机械故障和网络故障,提出了一种基于相邻矩阵的容错控制方法,利用相邻矩阵表示编队中多机器人的相互位置关系,一旦在编队运动过程中出现故障,则利用调整队形搜索算法找到需要进行队形调整的机器人编号,根据相邻矩阵更新算法,这些编号所代表的机器人的相邻关系在相邻矩阵中得以调整,新的理想编队所对应的相邻矩阵产生,编队队形就可以依赖相邻矩阵重新得以恢复。从而实现多机器人编队的容错控制,仿真实验证明了该方案的有效性和可行性。     

具有通信时延的网络拥塞控制对偶算法的稳定性

运用时延微分方程中的Pontryagin判据，研究了各通信回路时延不同条件下网络系统在连接节点处的拥塞控制算法。借助复数域中的矩阵理论分析了网络拥塞控制算法的特征方程的特征根的特性，得到了具有通信时延的网络拥塞控制算法在平衡点渐进稳定的多个判据。仿真结果表明这些稳定性判据是有效的，这些结论为设计网络配置、确保网络稳定、避免网络拥塞提供了理论基础。     

时延下遥微操作机器人系统滑模变结构控制研究

针对遥微操作机器人系统在实际远程手术应用中存在时延而易导致系统不稳定且难以控制的问题,通过系统动力学建模和时延下系统理想性能的定义,设计了一种保持系统稳定和良好操作性能的新型控制方案.在该方案中主机械手采用基于期望特性的阻抗控制而从机械手采用基于指数趋近律的滑模变结构控制策略.仿真实验结果表明了该方案的有效性和鲁棒性,系统能在时延下较好地实现位置比例跟踪和力比例跟踪.     

线性系统极点正规配置问题

基于正规矩阵特征值对其元素变化的不敏感性,讨论线性系统极点的正规配置问题,即设计状态反馈控制律,将闭环控制系统极点配置到期望位置的同时使闭环状态矩阵为正规矩阵,从而达到增强控制系统的鲁棒性的目的.对于线性时不变系统,给出期望极点集可正规配置的充分必要条件及反馈控制律的一般表达式,并结合示例给出算法.     

Graph rigidity and localization of multi-robot formations

This paper provides theoretical foundation tor the problem ot localization in multi-robot formations. Sufficient and necessary conditions for completely localizing a formation of mobile robots/vehicles in SE(2) based on distributed sensor networks and graph rigidity are proposed. A method for estimating the quality of localizations via a linearized weighted least-squares algorithm is presented, which considers incomplete and noisy sensory information. The approach in this paper had been implemented in a multi-robot system of five car-like robots equipped with omni-directional cameras and IEEE 802.11b wireless network.     

多机器人系统的自动避免碰撞控制

本文主要讨论了在分担任务的共有运动空间中多机器人避免碰撞问题.以集合关系方程形式给出了多台机器人在共有运动空间中避免碰撞的一般性数学描述,并在此基础上,提出了在直角坐标空间中自动避免碰撞的逻辑协调控制算法.仿真研究结果充分证明了算法的有效性.     

矩阵Lyapunov方程的直接数值解

针对矩阵Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程数值解各种算法存在的问题，本文给出一种直接迭代算法。该算法构造简单，收敛域宽，数值稳定性好，适于稳定的和完全不稳定类型的Ｌｙａｐｕｎｏｖ方程，文中算例证实了算法的有效性。     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作。为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作。利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿。搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务。     

l步信息脉冲牵引控制的多智能体一致性分析

应用矩阵论和代数图论,分析l步信息脉冲牵引控制的多智能体一致性问题。把具有单个脉冲控制器的多智能体的一致性系统推广到只对一个智能体实施l步信息脉冲牵引控制的系统。在通讯拓扑是无向连通图的情况下,给出使多智能体达到一致性的一个充分条件。选择恰当的l有助于减少使多智能体系统达到一致性所需的脉冲次数。最后,仿真实例验证了理论结果。     

露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运方法研究

针对露天煤矿下多机器人协同煤矿搬运问题,建立了由控制中心、无线网关和无线传感器组成的无线传感器网络来控制多个机器人协同工作.为了实现高效的合作,以任务完成时间衡量机器人的合作效率,提出了基于效率最优的任务分配机制,采用蚁群算法,由控制中心进行集中式任务分配,并通过无线传感器网络告知机器人,实现了多机器人合作.利用无线传感器节点的定位信息,采用基于到达时间差的定位方法实现了机器人定位,使得机器人可在露天煤矿自主搬运煤矿.搭建了无线传感器网络,并用Pioneer III机器人和能力风暴机器人模拟煤矿搬运,模拟结果证明提出的方法可以实现露天煤矿下多机器人的协同控制,使机器人在最短的时间内完成任务.     

时滞区间广义系统的最优保成本控制

研究了一类时滞区间广义系统的最优保成本控制问题,其中,系统矩阵和输入矩阵的各元素是未知的,但在某一确定的区间内变化,首先给出了时滞区间广义系统的一种等价描述形式,其次利用线性矩阵不等式方法,得到了问题有解的充要条件和状态反馈控制器的设计方法,设计的控制器不仅使得闭环系统广义二次稳定,而且最小化闭环性能指标的上界,最后举例说明了所给方法的正确性。