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输入时延下受扰多无人机固定时间编队控制

控制工程 2024年

作者：王芳韦巧玲马志刚何珊燕山大学理学院

针对受到输入时延、时变载荷和外界干扰综合影响下的多四旋翼无人机编队跟踪控制问题，提出了基于反步法的分布式固定时间编队控制策略。通过设计辅助系统，降低输入时延对系统控制性能的影响。采用径向基函数神经网络逼近由时变载荷和... 详细信息

针对受到输入时延、时变载荷和外界干扰综合影响下的多四旋翼无人机编队跟踪控制问题，提出了基于反步法的分布式固定时间编队控制策略。通过设计辅助系统，降低输入时延对系统控制性能的影响。采用径向基函数神经网络逼近由时变载荷和外界干扰构成的综合不确定性项。利用固定时间滤波器估计虚拟控制输入的导数，同时，设计补偿信号降低滤波误差的影响，以提高控制系统的跟踪精度。并且，基于李亚普诺夫稳定性理论，证明了编队跟踪误差在固定时间内是有界稳定的。最后，通过仿真验证了所设计控制策略的可行性和有效性。

关键词：固定时间控制编队控制输入时延四旋翼无人机时变载荷

含输入时延与通信时延的车辆队列PID控制系统稳定性

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交通运输工程学报 2022年第3期22卷 184-198页

作者：朱旭张泽华闫茂德长安大学电子与控制工程学院陕西西安710064

针对含输入时延与通信时延的车辆队列PID控制系统,分析了其内部稳定性和队列稳定性,研究了内部稳定的充要条件,求解了完整、精确的时延边界;在内部稳定性分析中,考虑输入时延与通信时延影响下车辆队列PID控制系统为中立型双时延系统的特... 详细信息

针对含输入时延与通信时延的车辆队列PID控制系统,分析了其内部稳定性和队列稳定性,研究了内部稳定的充要条件,求解了完整、精确的时延边界;在内部稳定性分析中,考虑输入时延与通信时延影响下车辆队列PID控制系统为中立型双时延系统的特点,结合Rekasius代换和劳斯表,提出了关于中立算子的系统强稳定充要条件;在此基础上,为了便于PID参数的快速选取,推导了一种形式更为简练的系统强稳定充分条件;在强稳定条件下,基于特征根聚类法求解了系统完整、精确的时延边界;针对具有奇数辆跟随车的车辆队列,推导了无关车辆队列规模的输入时延上界;在队列稳定性分析中,为了保证干扰和误差沿车辆队列向后传播不发散,分析了车间误差传递函数,给出了双时延影响下队列稳定的充分条件。仿真结果表明:在含输入时延与通信时延的分布式PID控制器作用下,车辆队列控制系统可同时保证内部稳定和队列稳定;车间状态误差可在15 s^(-2)内快速减小并趋近于零;在所有车辆恒速行驶时,车间保持50 m期望安全距离;在领航车以0.5 m·s^(-2)加速和0.8 m·s^(-2)减速时,跟随车的速度和加速度随领航车变化,并在领航车速度稳定时一致;车辆队列在不同行驶工况下,由领航车加、减速引起的车间位置误差小于0.2 m,且沿车辆队列向后传播不发散。

关键词：智能交通车辆队列特征根聚类法输入时延通信时延分布式PID控制器内部稳定队列稳定

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具有不同输入时延的多智能体系统的一致性

东南大学学报（自然科学版） 2010年第S1期40卷 121-126页

作者：梁有明刘成林刘飞江南大学自动化研究所无锡214122

针对具有不同时变输入时延的一阶多智能体系统的一致性收敛问题,采用了具有动态参考状态的一致性控制算法.通过变量代换,将多智能体系统的一致性问题转化为误差系统的渐近稳定性问题.构造Lyapunov-Krasovskii泛函,分别得到了具有固定有... 详细信息

针对具有不同时变输入时延的一阶多智能体系统的一致性收敛问题,采用了具有动态参考状态的一致性控制算法.通过变量代换,将多智能体系统的一致性问题转化为误差系统的渐近稳定性问题.构造Lyapunov-Krasovskii泛函,分别得到了具有固定有向连通拓扑结构的多智能体系统在输入时延导数已知和未知情况下渐近收敛于动态参考状态的充分条件,该条件与输入时延相关,并以线性矩阵不等式(LMIs)表示,且最大允许输入时延可通过求解线性矩阵不等式得到.仿真结果验证了结论的有效性.

关键词：多智能体系统一致性输入时延线性矩阵不等式固定拓扑

具有通信时延和输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题

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信息与控制 2012年第1期41卷 14-21页

作者：梁有明刘成林刘飞江南大学自动化研究所江苏无锡214122 江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

研究了同时具有时变通信时延和定常输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题.假设多自主体系统的连接拓扑中各节点的输出度相等,采用变量代换将原多自主体系统的一致性问题转化为降阶系统的渐近稳定性问题.根据李亚普诺夫渐近稳定性定理... 详细信息

研究了同时具有时变通信时延和定常输入时延的1阶多自主体系统的一致性问题.假设多自主体系统的连接拓扑中各节点的输出度相等,采用变量代换将原多自主体系统的一致性问题转化为降阶系统的渐近稳定性问题.根据李亚普诺夫渐近稳定性定理以及线性矩阵不等式法,在通信时延导数信息已知和未知的情况下,分别得到了多自主体系统在静态和连通拓扑结构下渐近一致的充分条件,且该条件与通信时延和输入时延都相关.仿真结果验证了结论的有效性.

关键词：多自主体系统一致性通信时延输入时延线性矩阵不等式

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具有输入时延的分布式多无人机编队协同算法

控制工程 2017年第S1期24卷 130-134页

作者：王品姚佩阳空军工程大学信息与导航学院西安710077

运用二阶一致性协议解决三维空间内多无人机(multiple UAVs)分布式协同编队问题,讨论了不同输入时延对系统稳定性造成的影响。通过构造、分析Lyapunov-Krasovskii泛函,得到有向通信拓扑条件下,系统收敛的充分条件,所允许最大输入时延可... 详细信息

运用二阶一致性协议解决三维空间内多无人机(multiple UAVs)分布式协同编队问题,讨论了不同输入时延对系统稳定性造成的影响。通过构造、分析Lyapunov-Krasovskii泛函,得到有向通信拓扑条件下,系统收敛的充分条件,所允许最大输入时延可通过求解线性矩阵不等式(LMI)的方式获得。最后,仿真实验验证了分析过程和结论的有效性。

关键词：多无人机分布式编队一致性输入时延

编队卫星的姿态协同控制与输入时延的补偿方法研究

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编队卫星的姿态协同控制与输入时延的补偿方法研究

作者：梁海朝哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

编队卫星的姿态协同控制在合成孔径雷达成像和空基干涉测量等任务中起着重要的作用,近年来备受关注。而由于模型不确定性、外界干扰及星间通讯延迟等不利因素的存在,编队卫星在实际应用中难以得到满意的协同控制性能。本文研究了编队卫... 详细信息

编队卫星的姿态协同控制在合成孔径雷达成像和空基干涉测量等任务中起着重要的作用,近年来备受关注。而由于模型不确定性、外界干扰及星间通讯延迟等不利因素的存在,编队卫星在实际应用中难以得到满意的协同控制性能。本文研究了编队卫星的姿态协同控制理论和方法。论文主要内容如下:研究了主从模式下编队卫星的姿态协同控制方法。基于传统的单星姿态跟踪控制方法,设计了编队卫星的姿态协同控制器,并通过Lyapunov稳定性理论分析了控制器的稳定性。考虑到模型不确定性及外界干扰对卫星姿态的影响,基于滑模控制思想设计了独立于模型的鲁棒姿态控制器,并根据Barbalat引理的一个推论证明了所提出控制器对相应闭环系统的收敛性。基于上述控制方法,研究了编队卫星行为方式的姿态协同控制方法。在传统控制方法的基础上,通过引入相邻卫星姿态信息设计了姿态协同控制器,利用Lyapunov方法分析了编队系统的稳定性。考虑环境干扰力矩对卫星姿态的影响,在前述的鲁棒姿态控制器中引入邻近卫星的姿态信息设计了行为方式的姿态协同控制器,借助合适的Lyapunov函数及Barbalat引理的推论证明了编队系统闭环的稳定性。考虑了星间通讯时延的情况,利用神经网络的非线性拟合能力及预测能力,设计了输入时延的补偿器。针对输入姿态信息规律不变的情况,应用线性神经网络,设计了离线时延补偿器。考虑到当空间任务不同时,姿态运动规律也在变化。基于上述的离线时延补偿器,通过缩短样本集、实时更新样本和设定误差阈值的方法设计了在线预测的时延补偿器。

关键词：编队卫星姿态协同鲁棒控制输入时延姿态控制

具有通信时延和输入时延的多自主体一致性研究

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具有通信时延和输入时延的多自主体一致性研究

作者：戴萍萍江南大学

学位级别：硕士

多自主体系统是现实生活中应用比较广泛且重要的复杂动态系统，其应用于多个工程领域，如多机器人系统、智能交通、无人机的编队控制、以及通讯网络等。一致性问题作为多自主体分布式协作控制的基础，受到越来越多的学者关注和研究。多... 详细信息

多自主体系统是现实生活中应用比较广泛且重要的复杂动态系统，其应用于多个工程领域，如多机器人系统、智能交通、无人机的编队控制、以及通讯网络等。一致性问题作为多自主体分布式协作控制的基础，受到越来越多的学者关注和研究。多自主体系统一致性是指每个自主体根据局部信息进行分散协调控制来实现渐近达到相同的状态。在多自主体系统的协作控制过程中，不可避免地会存在通信时延和输入时延，所以研究时延多自主体系统的一致性问题更具有实际意义。本文主要研究了同时具有输入时延和通信时延的多自主体系统一致性。研究内容主要包括： 1.研究了具有通信时延和输入时延的二阶多自主体系统在固定拓扑结构下一致性问题，并采用静态一致耦合算法。结合Lyapunov-Krasovskii函数和线性矩阵不等式，分别得到时延二阶多自主体系统在通信时延为时不变和时变情况下达到一致的时延相关充分条件。 2.分析了一阶自主体和二阶自主体构成的异质多自主体系统在时变通信时延和输入时延约束下的一致性问题，并采用了静态领导-跟随一致性算法。结合变量代换和Lyapunov函数，得到自主体在固定拓扑结构下渐近收敛于领导者状态的时延相关一致性条件。同时，分析了具有通信时延和输入时延的异质多自主体系统在周期动态切换拓扑结构下与领导者状态达到一致的时延相关充分条件。 3.考察时延二阶多自主体系统在速度未知约束下的一致性问题，分别采用了基于全维观测器和基于降维观测器的一致性算法。利用变量代换和Lyapunov稳定性原理，得到具有时不变通信时延和输入时延的二阶多自主体系统在固定拓扑结构下达到渐近一致的时延相关充分条件。

关键词：一致性输入时延通信时延异质多自主体系统状态观测器

具有输入时延的多智能体系统一致性和包含控制方法研究

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具有输入时延的多智能体系统一致性和包含控制方法研究

作者：陈长顺华中科技大学

学位级别：硕士

多智能体系统协同控制在无人机编队、无线传感器网络、智能电网等众多领域具有广泛应用。网络输入时延在多智能体系统中普遍存在,并对系统整体协同行为产生重要影响,因此有必要对具有输入延迟的多智能体系统一致性控制展开研究。同时,... 详细信息

多智能体系统协同控制在无人机编队、无线传感器网络、智能电网等众多领域具有广泛应用。网络输入时延在多智能体系统中普遍存在,并对系统整体协同行为产生重要影响,因此有必要对具有输入延迟的多智能体系统一致性控制展开研究。同时,虽然事件触发控制策略常用于一致性控制以降低网络负载和能量损耗,但目前的研究仍存在仅适用无向网络模型,且需要获取完整智能体相对状态信息的问题。针对上述问题,本文采用基于观测器和事件触发的多智能体一致性控制与包含控制方法,对有向网络下具有输入时延的一般线性多智能体系统协同控制展开了研究。针对有向网络下具有固定输入时延一般线性多智能体系统的一致性控制问题,提出了一种基于观测器的分布式事件触发一致性控制协议。首先利用观测器估计智能体的输出信息,然后设计在时延条件下基于相邻智能体相对输出信息的控制算法,并提出了一种仅依赖于智能体局部信息的新型事件触发条件。结合图论、李雅普诺夫控制理论和矩阵论等相关知识,从理论上证明了跟随者能够渐近跟踪到领导者,得到了系统能够达到跟踪一致的充分条件。最后论证了控制算法在所设计的事件触发条件下可避免Zeno行为的发生。进一步针对一般线性多智能体系统的输入时延问题展开研究,将固定输入时延条件拓展为时变输入时延条件以增加控制算法的普遍性和适用性。首先更新设计了分布式事件触发一致性控制算法,推导并提出了新型触发条件,从理论上证明了该控制算法能使具有时变时延的领导者-跟随者一般线性多智能体系统达到跟踪一致,且满足稳定性要求。同样论证了在该事件触发条件下也能够避免Zeno行为。针对有向网络下具有固定输入时延一般线性多智能体系统的包含控制问题,采用观测器模型和事件触发控制方法,设计了一种新型的分布式事件触发包含控制算法。在所提出的算法作用下,理论上证明了系统跟随者都能够渐近陷入到由领导者形成的凸集中,保证了有向网络下具有固定输入时延的领导者-跟随者一般线性多智能体系统能够实现包含控制目标。在Matlab平台上对上述所设计的三种控制算法进行了仿真,并与相关算法进行了对比。仿真结果表明多智能体系统在本文算法作用下能够实现一致性和包含控制目标,且相比于其他算法有更好的控制效果,展示了本文算法的有效性和优越性。

关键词：多智能体系统一致性控制包含控制输入时延事件触发控制

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具有输入时延和干扰的鲁棒仿射机动编队控制

舰船电子工程 2023年第12期43卷 33-37,44页

作者：马戥军张鹏李孟委中北大学仪器与电子学院太原030051 中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

针对具有输入时延和干扰的多智能体仿射机动跟踪控制问题,提出一种新的具有预设的性能鲁棒仿射编队控制算法。首先利用Artstein模型简化技术,将时延系统转化为无时延系统。通过预设性能函数对系统的跟踪误差设定性能边界。利用误差转换... 详细信息

针对具有输入时延和干扰的多智能体仿射机动跟踪控制问题,提出一种新的具有预设的性能鲁棒仿射编队控制算法。首先利用Artstein模型简化技术,将时延系统转化为无时延系统。通过预设性能函数对系统的跟踪误差设定性能边界。利用误差转换函数设计了一种新的控制律,使得多智能体系统在输入时延和干扰的情况下仍可实现仿射编队机动控制。使用输入到状态稳定和基于李雅普诺夫的分析证明了系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证所提出的控制律的有效性。

关键词：鲁棒控制预设性能控制编队控制输入时延未知干扰