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基于改进人工势场和一致性协议的协同避障算法

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计算机应用 2023年第8期43卷 2644-2650页

作者：张钟元戴炜李光昱陈小庆邓启波南昌航空大学飞行器工程学院南昌330063 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院北京100850

协同避障是无人机(UAV)系统的关键技术之一,而UAV集群避障期间存在队形丢失、任务失效和能源消耗增加等问题。为解决这些问题,提出了一种基于改进人工势场和一致性协议的协同避障算法。首先,根据多旋翼UAV的控制律来设计保持速度、位置... 详细信息

协同避障是无人机(UAV)系统的关键技术之一,而UAV集群避障期间存在队形丢失、任务失效和能源消耗增加等问题。为解决这些问题,提出了一种基于改进人工势场和一致性协议的协同避障算法。首先,根据多旋翼UAV的控制律来设计保持速度、位置一致的控制协议,并采用归一化和高阶指数缩放变换人工势场力,从而解决势场力变化幅度过大导致的振荡失效问题;然后,引入人工势场力调整一致性协议期望编队,从而解决人工势场法与一致性协议组合算法的控制冲突问题。在复杂障碍环境下,所提算法与编队划分避障算法、动态窗口避障算法进行对比仿真的结果表明,所提算法的队形平均损失程度分别下降82.60%、64.38%,任务平均失效程度分别下降98.66%、86.01%,飞行路径总长度分别下降9.95%、17.63%。可见,所提算法适用于多障碍复杂飞行环境。

关键词：无人机队形稳定性人工势场法一致性协议复杂障碍环境

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基于一致性协议的孤岛微网分布式二次调频

控制工程 2022年第12期29卷 2388-2394页

作者：万玉良徐国强王松李原赵雪楠尚国政国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古呼和浩特010020 山东大学机电与信息工程学院山东威海264209

针对孤岛微网二次调频控制需求,提出了一种基于一致性协议的多代理控制方法。该方法不但能够通过稀疏通信和分布式控制实现频率同步、频率无差和功率共享目标,而且当分布式电源(DG)的输出功率达到临界值时,通过在控制器前增加逻辑判断环... 详细信息

针对孤岛微网二次调频控制需求,提出了一种基于一致性协议的多代理控制方法。该方法不但能够通过稀疏通信和分布式控制实现频率同步、频率无差和功率共享目标,而且当分布式电源(DG)的输出功率达到临界值时,通过在控制器前增加逻辑判断环节,有效解决了DG的功率约束问题和饱和器控制所引发的控制目标冲突问题,在临界约束状态下也能实现一致性频率控制。通过李雅普诺夫直接法对该控制方法在系统中的稳定性进行了详细分析,结果表明控制系统是渐进稳定的。最后,在DIgSILENT/PowerFactory平台上,通过5节点孤岛微网模型,验证了所提控制策略的有效性。

关键词：微网多代理一致性协议稳定性分析功率约束

基于DOBC的多智能体系统一致性协议设计与分析

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扬州大学学报（自然科学版） 2023年第5期26卷 42-46页

作者：于淑莉王芹裔扬沈庆成扬州大学信息工程学院江苏扬州225127 江苏庆亚电子科技有限公司江苏徐州221000

针对一类具有未知输入扰动的多智能体系统提出一种基于干扰观测器的多智能体一致性协议.首先,在各智能体中引入干扰观测器,抵消输入通道内扰动;其次,在扰动前馈补偿基础上构建基于无向图图论的一致性协议;最后,利用Lyapunov稳定性理论... 详细信息

针对一类具有未知输入扰动的多智能体系统提出一种基于干扰观测器的多智能体一致性协议.首先,在各智能体中引入干扰观测器,抵消输入通道内扰动;其次,在扰动前馈补偿基础上构建基于无向图图论的一致性协议;最后,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式得出状态一致性误差系统与扰动跟踪系统的稳定性条件.通过仿真算例验证了该算法的可行性.

关键词：多智能体系统干扰观测器一致性协议无向图

基于分层设计的分布式一致性协议的研究与应用

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基于分层设计的分布式一致性协议的研究与应用

作者：丁虹天津理工大学

学位级别：硕士

随着数字经济的飞速发展,分布式存储技术的价值和重要性日渐凸显。分布式系统的存储越来越标准化以及采用多副本备份机制等,都使得其比原来的集中式存储系统具有更高的可用性和扩展性。而以数据一致性为核心的复制技术更是分布式存储系... 详细信息

随着数字经济的飞速发展,分布式存储技术的价值和重要性日渐凸显。分布式系统的存储越来越标准化以及采用多副本备份机制等,都使得其比原来的集中式存储系统具有更高的可用性和扩展性。而以数据一致性为核心的复制技术更是分布式存储系统高可用的关键。目前保证数据一致性最典型的方法是采用具有领导者节点的一致性协议,如Multi-Paxos协议。随着大数据技术的流行和各种终端用户的增加,分布式存储系统的负载越来越多。在这种情况下,领导者节点承担大部分数据传输的工作,会迅速地达到自身资源的极限,其能力就成了约束系统性能的主要瓶颈。因此,解决高负载的环境下分布式一致性协议的数据传输瓶颈,是一项极具挑战性的课题。针对上述问题,本文提出了如下解决方案:(1)提出了一种负载均衡的高吞吐一致性协议分层Multi-Paxos协议。在经典的Multi-Paxos协议中,客户端请求必须由领导者节点进行接收和转发,同其他节点相比,领导者节点会占用更高的带宽资源。本文提出一种分层设计,将领导者节点的工作划分到两个独立的层次,将数据转发的任务和请求排序的任务剥离开来。在数据分发层,以分布式的方式在节点之间分发客户端请求,将数据传输的工作均衡地分配到所有节点上,使整个协议的负载分布更加均匀;在请求排序层,领导者节点使用请求ID来完成排序任务,实现了系统更高的吞吐量。(2)基于分层Multi-Paxos协议构建了一个高可用的键值存储系统。系统由客户端、接口层、一致性引擎、存储引擎四个主要部分组成。对系统的键值读写和同步功能进行了测试,并与基于Multi-Paxos协议的键值存储系统进行了性能对比测试,实验证明基于分层Multi-Paxos协议的键值存储系统具备更高的读写性能。

关键词：分布式存储系统一致性协议分层设计有领导者节点 Multi-Paxos协议

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面向跨区域网络环境的分布式一致性协议优化

面向跨区域网络环境的分布式一致性协议优化

作者：胡尊哲天津理工大学

学位级别：硕士

为了在分布式系统中保持各服务节点数据的一致性,目前最成熟的解决方案是Paxos、Raft等共识协议及其变体。现有的一致性协议通常采用强领导者节点的做法,由一个领导者节点进行命令的排序和消息的分发,但随着节点数量的增加和规模的扩展... 详细信息

为了在分布式系统中保持各服务节点数据的一致性,目前最成熟的解决方案是Paxos、Raft等共识协议及其变体。现有的一致性协议通常采用强领导者节点的做法,由一个领导者节点进行命令的排序和消息的分发,但随着节点数量的增加和规模的扩展,领导者节点会逐渐成为系统性能的瓶颈。除此之外,当今的服务集群通常部署在跨地域的广域网中,远距离的传输不可避免的会带来更大的通信延迟,各地区的访问也呈现出空间局部性的特点,而Paxos等协议更适合部署在小规模的集群,难以适应广域网的场景。因此如何在广域网的场景中对Paxos协议进行优化,并减轻其领导者瓶颈问题,是一项极具挑战性的课题。针对以上问题,本文以优化系统的吞吐量和延迟,以及减轻领导者瓶颈为目标,提出了如下的解决方案:(1)提出了基于分组和中继技术的分布式一致性协议GPaxos。将领导者节点消息发送和收集的任务交给中继节点来处理,减少了领导者的负载压力,缓解了领导者瓶颈问题。同时按照节点在地理上的分布特点进行组的划分,由组内的中继节点负责与领导者进行通信,领导者可以收集来自多个组的消息。各个组之间,允许组与组之间存在重合,增加了通信的链路冗余度。每一轮的中继节点根据优先级列表来进行选择,并且优先级列表也会进行更新,从而选出延迟最小、性能最佳的节点承担中继的任务。GPaxos的超时时间会根据延迟的情况进行动态的调整,在网络波动的情形下有更好的适应能力。实验评估表明,GPaxos在多节点跨地域分布的场景下吞吐量和延迟改善效果显著。(2)提出了基于多领导者的领导者迁移算法。允许系统中同时存在多个领导者节点,每个领导者都拥有一部分对象的领导权,每个临近区域都有该区域热点数据的领导者节点,使本地区域能够更快的进行数据的提交。同时引入领导者迁移算法,在区域间发生热点访问转移时,允许对象的领导权在不同区域间进行变更。经过实验验证,基于多领导者节点的设计在发生热点访问转移时,能够及时更换领导者节点,最大吞吐量提升约25%左右。

关键词：一致性协议 Paxos 中继分组领导权变更

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基于一致性协议的微网分层协调控制策略研究

基于一致性协议的微网分层协调控制策略研究

作者：田敏华南理工大学

学位级别：硕士

随着新型电力系统建设的深入,为实现分布式电源的就地主动消纳和管理,具备独立运行能力的微电网得到了广泛应用,多个微网出现在一个区域配电网的情况也越来越多。本文针对孤岛微网的功率平衡问题展开研究,提出基于伪多跳一致性算法的分... 详细信息

随着新型电力系统建设的深入,为实现分布式电源的就地主动消纳和管理,具备独立运行能力的微电网得到了广泛应用,多个微网出现在一个区域配电网的情况也越来越多。本文针对孤岛微网的功率平衡问题展开研究,提出基于伪多跳一致性算法的分层控制策略,并探讨了孤岛微网聚合所形成多微网系统的运行控制策略,实现了孤岛微网和多微网在负荷波动情况下的频率和电压稳定,具体研究内容如下:首先,研究多智能体系统中的一致性问题。基于一致性算法的迭代机理,提出伪多跳一致性算法,节点通过与邻接节点通信,获取邻接节点上存储的非邻接节点状态信息,加快系统收敛;研究多智能体有领导情况下的一致性算法,建立算例模型,对比分析多智能体系统在无领导与有领导情况下,采用传统一阶一致性算法与伪二跳一致性算法的收敛效果。其次,针对孤岛微网系统,综合考虑负荷对供电可靠性的要求与负荷失电危害程度,构建负荷重要性指标,建立负荷重要性评价方法,为微网控制中的负荷投切提供判定依据;针对孤岛微网系统的运行控制问题,建立基于伪二跳一致性算法的孤岛微网分布式分层控制结构,其中下层控制采用下垂控制完成功率分配,对系统频率电压进行一次调节;上层控制通过分布式电源相邻通信,实现系统频率和电压二次补偿,消除了负荷投切变化所引起的频率电压偏差。在MATLAB/Simulink搭建微网模型,对所提孤岛微网控制策略的有效性与优越性进行仿真验证。最后,针对孤岛微网聚合形成的多微网系统,基于负荷重要性评价方法对系统待恢复负荷进行优先性排序。针对负荷恢复中多微网系统各子微网与分布式电源间的一致性协调问题,结合多微网集中式与分布式控制结构,提出多微网分层协调控制策略,实现各子微网间、各分布式电源间的功率分配,并进行系统负荷恢复过程中的频率和电压稳定控制。搭建多微网仿真模型,验证所提分层协调控制策略的有效性与优越性。

关键词：多微网系统多智能体一致性协议分层控制

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基于一致性协议的多微网协调控制

电网技术 2017年第4期41卷 1269-1276页

作者：何红玉范丽韩蓓李国杰刘召杰电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240 上海市电力公司上海市浦东新区200120

在分布式电源广泛接入配电网的前提下,多微网系统采取区域灵活自治的机制,实现分布式电源的主动消纳和管理。由于各微网自治的特性,面对配电网及多微网内部出现的功率波动,需要研究协调控制其电压与频率偏差的方法。提出了基于一致性协... 详细信息

在分布式电源广泛接入配电网的前提下,多微网系统采取区域灵活自治的机制,实现分布式电源的主动消纳和管理。由于各微网自治的特性,面对配电网及多微网内部出现的功率波动,需要研究协调控制其电压与频率偏差的方法。提出了基于一致性协议的多微网协调控制策略,包括功率一致性以及电压、频率一致性2层控制,不仅实现子微网功率的平均分配,还消除了电压与频率的偏差,提高了多微网稳定性。仿真采用CIGRE中压配电网作为多微网运行的典型算例,应用Netlogo与Simulink联合搭建的多微网控制仿真平台,通过多微网内子微网离网和子微网负荷波动的案例分析,验证了所提协调控制策略的有效性。

关键词：多微网协调控制一致性协议多智能体仿真

基于锁的Cache一致性协议的硬件优化策略

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高技术通讯 2009年第9期19卷 933-938页

作者：蔡晔史岗中国科学院计算技术研究所北京100080 中国科学院研究生院北京100080

对一种基于锁的Cache一致性协议的开销进行了评估和分析,并结合一款处理器接口的设计,实现了一种分布式内存结构上的远程内存共享机制。该机制能提高处理器机间的通讯性能,降低一致性协议中的通讯延迟,同时通过硬件锁对协议中的同步开... 详细信息

对一种基于锁的Cache一致性协议的开销进行了评估和分析,并结合一款处理器接口的设计,实现了一种分布式内存结构上的远程内存共享机制。该机制能提高处理器机间的通讯性能,降低一致性协议中的通讯延迟,同时通过硬件锁对协议中的同步开销进行优化,避免锁管理器节点陷入处理程序而减少同步等待时间。实际测试结果表明,通过硬件优化的软件Cache一致性协议基本操作的性能得到极大的提高,并在实际应用上具有更好的加速比和可扩展性。

关键词：一致性协议锁同步消息传递

基于多智能体一致性协议的微电网分层分布实时优化策略

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电力系统自动化 2017年第18期41卷 25-31,88页

作者：余志文艾芊熊文上海交通大学电子信息与电气工程学院上海市200240 广州供电局有限公司广东省广州市510000

经济运行、频率和电压控制及系统稳定性是微电网实时控制的主要内容。基于多智能体系统一致性协议,提出了一种分层分布的实时优化策略。首先,在仅考虑分布式电源出力约束的条件下,应用一阶一致性实现对分布式电源有功出力的控制,优化运... 详细信息

经济运行、频率和电压控制及系统稳定性是微电网实时控制的主要内容。基于多智能体系统一致性协议,提出了一种分层分布的实时优化策略。首先,在仅考虑分布式电源出力约束的条件下,应用一阶一致性实现对分布式电源有功出力的控制,优化运行成本;其次,针对下垂控制特性,提出了一种新的二阶一致性协议,用于实现分布式电源功率的精确控制;最后,应用一致性协议实时协调分布式电源的下垂参数,实现了系统频率和电压的优化。通过Lyapunov直接法对所提策略进行稳定性分析,证明系统是渐进稳定的。仿真分析及结果验证了所提策略的有效性。

关键词：微电网(微网) 多智能体实时优化一致性协议渐近稳定