多自主体系统包含-聚集控制

作     者：黄名扬 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘成林

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：线性多自主体系统 包含控制问题 比例-积分协调控制 包含-聚集 

摘      要：目前,多自主体系统的一致性问题是控制理论界的一类热点问题,在监控监视、传感器网络、航天编队飞行等众多领域有着广泛的工程应用价值。一致性问题的控制目标是通过设计合适的控制算法,利用自主体间的局部信息交互保证各自主体的状态达成一致。本文研究的包含-聚集控制问题是一类特殊的多领导者一致性问题,其要求通过设计合适的控制算法使得全体跟随者能够进入全体领导者构成的凸包中,同时各跟随者的状态达成一致。因此,本文研究了有向拓扑下几类不同多自主体系统的包含-聚集控制问题,主要内容如下:(1)针对具有有向拓扑的一阶多自主体系统,设计了一种新的包含-聚集控制算法,该算法在一致性算法的基础上引入了积分项来消除跟随者之间的状态差。利用广义Nyquist稳定判据和终值定理分别得到了算法在一般有向连通拓扑和对称连通拓扑下收敛的充分条件,使得多自主体系统能够达成包含-聚集控制目标。此外,用同样的方法证明了具有非连通拓扑的算法能保证系统实现包含控制。(2)分析具有平衡连通拓扑的二阶多自主体系统的包含-聚集控制问题,在一阶多自主体系统的控制算法的基础上设计了包含-聚集控制算法。为降低所得参数条件的复杂程度,算法中引入了虚拟领导者节点使得闭环系统能够分为两部分进行分析。基于频域分析方法,得到了系统在平衡连通拓扑下实现包含-聚集控制的充分条件。(3)研究具有有向连通拓扑的二阶多自主体系统,其领导者均为一阶自主体,由于一阶领导者无法提供二阶跟随者所需的速度信息,通过改进一阶多自主体系统的算法来设计一种新的包含-聚集控制算法,进而确保跟随者的速度收敛。通过频域分析法,得到了系统在有向连通拓扑下实现包含-聚集控制的充分条件。