异质多自主体系统的一致性

研究由一阶自主体和二阶自主体构成的异质多自主体系统的一致性问题.考察连接拓扑为固定有向图的异质多自主体系统在无时延静态一致性算法下的收敛问题,利用图论和矩阵分析方法得到了系统渐近收敛一致的充要条件;在假设连接拓扑在有向连通图之间动态切换条件下,分别研究领导-跟随连接拓扑和无领导连接拓扑下异质多自主体系统的静态一致性问题,并采用Lyapunov定理和线性矩阵不等式得到了系统在具有时变输入时延的一致性算法作用下渐近收敛一致的时延依赖条件.最后,仿真结果验证了结论的正确性.     

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。     

基于改进势场的无人机编队恢复与一致性仿真

针对多无人机编队防撞、编队恢复及位置和速度收敛一致性问题,提出以改进势场原理与一致性理论为基础的分布式协同编队控制算法。建立静态障碍物模型、无人机质点模型与二阶系统动态模型;定义含协调因子和通信权重的机间协调势场函数,实现防撞和队形恢复的控制目标;在基本一致性协议中引入编队中心参考向量、期望速度和速度镇定项,实现位置和速度的收敛一致性;结合改进的一致性协议与改进势场作用下的合加速度设计协同编队控制算法,并由Hamilton函数证明该算法的稳定收敛性。仿真结果表明：该方法可以实现防撞、队形恢复及位置与速度收敛一致的控制目标。     

基于固定时间一致性的无人机集群构型变换

针对无人机集群需要在指定时间内完成构型变换的情况,研究了具有一阶积分特性的无人机集群构型变换固定时间一致性控制问题。基于一致性方法设计了编队控制协议,引入编队参考向量,并通过构造Lyapunov函数,证明了在通信拓扑连通条件下无人机集群系统能够实现固定时间一致性并完成期望构型变换。以四旋翼无人机为基础搭建实验验证系统,并进行二维飞行验证,实验结果证明了本文所提方法的有效性。     

基于虚拟结构的卫星编队机动控制

针对某些航天任务在小卫星机动过程中需要保持编队构型,提出了利用虚拟结构解决三星编队机动控制问题。建立了虚拟结构坐标系,在机动过程中,三颗卫星视为一个虚拟刚体,保持编队构型。设计了虚拟结构的动力学和运动学控制器。动力学控制器包含编队队形反馈,实现对编队速度的控制。针对外加干扰,设计了姿态变结构控制器,利用李雅普诺夫方法证明了系统的稳定性。对三星编队机动进行仿真,实现了编队构型的保持,验证了方法的有效性。     

三阶多机器人协同编队动态避障控制

针对智能水下机器人编队在三维复杂环境中的避障和一致性控制问题,提出了协同编队动态避障控制算法。建立了基于动态障碍物运动速度的自适应斥力增益项,并将其引入斥力势场函数中,使机器人安全规避静态及动态障碍物,定义了基于机间势场增益项和机间通信权重的机间势场函数,解决机器人易自撞、脱离编队的问题;将机器人在势场作用下的合加速度引入一致性协议中,结合改进势场与一致性理论设计编队协同避障控制器;通过Lyapunov函数方法证明了稳定性。仿真结果表明：多机器人在该算法下能安全避障并实现位置、速度的一致性。     

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。     

具有单向时延的多智能体系统的一致性分析

假设系统拓扑是不变的、有向的强连通图,系统个体之间信息传输具有不同的单向通信时延,研究了移动多智能体动态系统的一致性。应用频率函数方法分析了具有单向时延的多智能体算法的一致性,研究表明当系统只受来自邻居的单向反馈时延信息影响时,系统状态的一致性与单向反馈时延的大小无关。最后应用一个实例验证了结论的有效性。     

执行器故障不确定非线性NCS鲁棒满意容错设计

针对一类具有更一般执行器故障的不确定非线性网络化控制系统,考虑时延和丢包的影响,基于状态反馈策略,将其建模为具有状态区间时变时延的T-S模糊模型,通过构造适当的时滞依赖Lyapunov-Krasovskii泛函,推证出了使不确定非线性网络化控制系统同时具有α-稳定、H扰动抑制及广义H2等多性能指标约束的鲁棒满意容错判决准则,并给出了相应控制器的优化求解方法。由于证明中仅采用Jensen及更紧界的Jensen改进不等式处理相关积分项,而未引入其他辅助自由权矩阵,因此在减少结论保守性的同时降低了计算复杂度。最后以仿真示例验证了所述方法的有效性和可行性。     

基于虚拟子目标联合边界力的编队避障算法

针对复杂环境条件下无人机（unmanned aerial vehicle,UAV）集群编队系统中领航-跟随集群的编队控制和人工势场法中的避障问题，提出了一种基于虚拟子目标联合边界力（joint virtual sub-target and boundary force, JVBF）的无人机集群编队避障算法。采用基于虚拟子目标的领航-跟随法并优化修正力函数来实现无人机集群的队形控制，以达到帮助跟随无人机快速恢复队形的目的；采用基于边界力的人工势场法负责局部路径规划，解决无人机目标不可达和狭窄通道内振荡的缺点。仿真结果表明，所提算法相较于传统算法具有更高的编队队形一致性和时间效率。     

基于联盟的无人机集群编队控制方法

针对切换拓扑结构下的集群编队控制问题,设计只需个别无人机获取虚拟长机信息也能保证集群连通性的编队控制算法。当队形变换或部分通讯网络故障导致网络拓扑结构发生改变时,以距离为原则对集群进行联盟划分,各联盟内部成员以信息浓度大小为标准同其他成员进行竞争,由信息浓度最大的无人机获取虚拟长机信息,其联盟成员通过与该无人机通讯间接获取虚拟长机信息。该算法使得每架无人机在任意时刻都能直接或间接地获取虚拟长机信息。引入集群对虚拟长机的反馈机制,与传统反馈算法不同的是,本文中反馈无人机的数量和组成成员都是变化的,从而提高了系统的收敛速度和鲁棒性。在此基础上进一步讨论编队的损伤问题,设计了一种基于分层的分布式递归自修复算法,解决了网络分裂状态下的自修复及修复后队形变化过大的问题。仿真结果表明了所建模型的合理性和求解方法的有效性。     

全局未知环境下智能群体群集运动与避障控制

研究了在全局环境未知且存在静态障碍物的情况下,智能群体的群集运动控制问题.模型在人工势能结合速度一致策略的基础上,利用了滚动窗口的方法实时产生虚拟领航者引导群体向目标位置运行;并利用极限环方法解决了群体避障问题.基于滚动窗口方法构造的虚拟领航者,充分地利用了实时测得的局部环境信息,具有自适应性;极限环方法避障使得群体能够平滑地绕过障碍物,克服了传统人工势场法避障的局部最小问题.     

无人机集群规避动态障碍物的分布式队形控制

本文研究了无人机集群躲避动态障碍物下的队形控制问题。首先, 引入针对动态障碍物的碰撞预判机制判断集群是否需要对障碍物进行规避。其次, 在动态障碍物与无人机间构造斥力场实现避障。最后, 根据一致性理论设计基于集群各无人机之间、无人机与虚拟领导者之间的位置、速度一致性控制律, 结合人工势场法实现躲避动态障碍物下集群队形的形成与保持。仿真结果表明, 集群无人机能够在以分布式方式躲避动态障碍物的同时实现队形的形成、保持与重构。     

基于虚拟长机的无人机侦察编队控制方法

针对使用多无人机编队对周边区域实施协同侦察任务的协同控制问题,提出了以虚拟长机为编队航迹引导的分布式编队控制方法。该方法基于编队通信拓扑的分布性,以“相邻”无人机为参考估计长机状态,然后设计无人机编队的分布式线性化反馈控制器。仿真实验表明,在无人机编队沿阿基米德螺旋线实施侦察的过程中,该控制器能够使多无人机形成期望队形,并维持其稳定,同时减小编队队形误差,实现对侦察航迹的高精度跟踪。     

Second-order consensus in networks of dynamic agents with communication time-delays

This paper proposes second-order consensus protocols with time-delays and gives the measure of the robustness of the protocols to the time-delay existing in the network of agents with second-order dynamics. By employing a frequency domain method, it is proven that the information states and their time derivatives of all the agents in the network achieve consensus asymptotically, respectively, for appropriate communication timedelay if the topology of weighted network is connected. Particularly, a tight uppe...     

Cluster-Delay Consensus for Second-Order Nonlinear Multi-agent Systems

This paper investigates the second-order nonlinear multi-agent systems subject to the cluster-delay consensus. The multi-agent systems consist of leader and agents, whose dynamics are second-order nonlinear. The objective is that the agents track the leader asymptotically with different time delays, i.e., the agents in different groups reach delay consensus, while the agents in the same group reach identical consensus. To guarantee the cluster-delay consensus for the second-order multi-agent systems, a new control protocol is proposed. Then some corresponding conditions for cluster-delay consensus are derived by using Lyapunov directed method and matrix theory. Finally, the effectiveness of the theoretical analysis results are verified by some numerical simulations.     

Motion Coordination for a Class of Multi-Agents via Networked Predictive Control

The motion coordination formation control problem for a class of non-linear system is considered in this paper, where networked induced time-delays exist in the feedback channel of each agent and in communication channels between agents. As a foundation work, a coordination formation controller in discrete-time domain that without time-delay is provided firstly. Based on the above results, a motion coordination predictive formation control strategy as well as its detail implementation processes are proposed to actively compensate the time-delays. Stability analysis and simulation results are provided to demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed predictive strategy.     

Time-Variant Consensus Tracking Control for Networked Planar Multi-Agent Systems with Non-Holonomic Constraints

A time-variant consensus tracking control problem for networked planar multi-agent systems with non-holonomic constraints is investigated in this paper. In the time-variant consensus tracking problem, a leader agent is expected to track a desired reference input, simultaneously, follower agents are expected to maintain a time-variant formation. To solve the time-variant consensus tracking problem of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints, a time-variant consensus tracking control strategy is designed on the basis of an unidirectional topology structure. One of main contributions of this paper is the time-variant consensus tracking protocol for general time-variant formations of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints, the other main contribution of this paper is an active predictive control strategy, where predictions of agents are generated actively, so that the computational efficiency is improved than passive approaches. The proposed control strategy is verified by two types of time-varying formations of wheeled mobile robots, and the experimental results show that the proposed control strategy is effective for general time-variant consensus tracking problems of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints in local and worldwide networked environments.     

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。     

Projective Group Consensus of Multi-Agent Systems with Arbitrary Parameter

In this paper, the projective group consensus issue for second order multi-agent systems(MASs) in directed graphs with a dynamic leader is investigated. The proposed projective group consensus with arbitrary parameter includes traditional consensus, reverse group consensus and cluster consensus as its special cases. Novel distributed control protocols are designed to obtain projective group consensus without analyzing signed directed graph as in most current literatures on bipartite consensus problem. On the basis of Lyapunov stability property, algebraic graph and some necessary matrix theory, sufficient conditions for delay and delay-free cases are derived. Finally, simulations of nonlinear chaotic MASs are adopted to testify the theoretical results.