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基于动态事件触发通信协议的多智能体系统自适应可靠控制

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自动化学报 2024年第5期50卷 924-936页

作者：范泉涌张乃宗唐勇许斌西北工业大学自动化学院西安710072 中航(成都)无人机系统股份有限公司成都641500

针对多智能体系统中邻居节点间通信资源受限的情况,研究基于动态事件触发通信协议的多智能体系统自适应可靠一致性控制问题.首先,设计一种基于自适应参数估计技术的容错控制策略,来应对未知执行器故障.其次,提出一种新型动态事件触发函... 详细信息

针对多智能体系统中邻居节点间通信资源受限的情况,研究基于动态事件触发通信协议的多智能体系统自适应可靠一致性控制问题.首先,设计一种基于自适应参数估计技术的容错控制策略,来应对未知执行器故障.其次,提出一种新型动态事件触发函数,通过增加具有自适应调节能力的动态变量来延长事件触发间隔.在此基础上,证明在智能体之间非连续通信的情况下,所提方法仅依靠智能体与邻居在触发时刻的交互信息就可以确保一致性误差的收敛.此外,从理论上说明智能体间的事件触发通信不存在芝诺现象.最后,针对无人船编队系统开展仿真,结果能够说明所提自适应事件触发可靠控制方法的有效性.

关键词：自适应可靠控制多智能体系统事件触发通信芝诺现象执行器故障

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基于事件触发通信机制的无人船协同编队控制

基于事件触发通信机制的无人船协同编队控制

作者：刘上大连海事大学

学位级别：硕士

多艘无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)编队由于具有高效性、无人化等优势成为海洋控制领域的研究热点问题之一。相较于单艘船舶,无人船编队能够高效地执行较为复杂的海洋任务,例如海事搜救、海底勘探、军事打击等任务场景。本文以... 详细信息

多艘无人船(Unmanned Surface Vehicle,USV)编队由于具有高效性、无人化等优势成为海洋控制领域的研究热点问题之一。相较于单艘船舶,无人船编队能够高效地执行较为复杂的海洋任务,例如海事搜救、海底勘探、军事打击等任务场景。本文以多艘无人船编队为研究对象,针对现有船舶编队控制算法中存在的“通信带宽受限”、“作业场景不够具体”和“未考虑海洋实践约束”3个问题进行深入研究,结合Backstepping方法设计出基于事件触发通信机制的鲁棒自适应协同控制算法,并且通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统具有半全局一致最终有界稳定,最终在MATLAB仿真平台中进行了多组模拟海况下的仿真试验,验证了本文所提算法的有效性以及优越性。本文的主要创新性工作概况为以下3点:(1)在船舶编队航行中,船舶的位置及航向信息通常由GPS和电罗经等设备获得,但是船舶个体之间无法实时获取对方的速度信息,因此,针对传统领航-跟随法中存在的领航船速度信息不可知、不可测的问题,本文提出一种改进的领航-跟随框架,其优点在于:在领航者层面,引入虚拟领航船为整个编队规划实时参考路径;在跟随者层面,本文通过引入自适应虚拟船为跟随船提供光滑的参考信号,并且反推出跟随船的自适应速度向量,有效地解决了领航船速度信息对跟随船不可知、不可测的问题。(2)为了满足具体海洋工程任务需求,本文针对无人船自主海事搜寻任务设计一种编队协同制导-控制一体化策略,首先设计平行搜寻制导算法实时规划虚拟领航船的期望位置信号和期望艏向角,从而能够使船舶编队自主执行海事搜寻作业。不同于传统的视线(Line-of-sight,LOS)制导方法,所设计的平行搜寻制导算法有效地解决了传统LOS算法仅能用于直线段航迹保持控制问题,并且能够直接应用于多艘船舶编队执行海事搜寻场景,从而提高搜救效率和安全系数。其次,在控制部分引入一种具有最小阈值的事件触发机制,有效地缓和了驱动设备的不必要磨损和通信信道频繁占用的问题。(3)针对无人船编队控制算法中未考虑船间通信带宽受限问题,即在通信拓扑中,每一艘船舶需要将其状态信息实时传播给拓扑连接下的邻船,从而保证队形的保持。但是,连续的信号传输将导致通信信道占用负载过大、占用频次高,甚至可能导致通信资源的不必要浪费。因此,本文设计一种船间事件触发分布式通信机制,能够使无人船的状态信息仅在触发条件满足时发送,避免了对邻船状态连续监测,从而在保证船舶编队控制性能满足要求的前提下减少船间信息传输次数,进一步节约控制系统的通信资源。

关键词：无人船舶编队协同事件触发通信鲁棒自适应控制

基于事件触发通信的两类复杂网络的动力学行为研究

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基于事件触发通信的两类复杂网络的动力学行为研究

作者：肖鑫天津工业大学

学位级别：硕士

在我们的日常生活中,复杂网络无处不在。作为复杂网络中最重要的动态特性,无源性和同步受到了学者的普遍关注。尽管目前有不少关于复杂网络的无源性和同步的研究成果,但是具有多导数耦合的复杂网络的无源性和同步的研究还尚待深入。事... 详细信息

在我们的日常生活中,复杂网络无处不在。作为复杂网络中最重要的动态特性,无源性和同步受到了学者的普遍关注。尽管目前有不少关于复杂网络的无源性和同步的研究成果,但是具有多导数耦合的复杂网络的无源性和同步的研究还尚待深入。事件触发控制策略是复杂网络中一种非常有效的控制方法。它是一种离散时间控制方法,可以克服连续控制策略的缺点,减少网络在信息交换过程中的不必要传输,因此在多导数耦合的复杂网络中应用事件触发控制策略是十分有意义的。另一方面,多权重耦合神经网络可看作是一种特殊的复杂网络,能更有效地反映网络中的复杂行为。实际上,现实世界中的许多网络,如复杂的生物网络、交通网络等,都可以被描述为节点以多种耦合形式耦合的多重加权神经网络模型。因此,利用事件触发控制策略来研究多权重耦合神经网络的动力学行为也是非常有意义的。本文研究了基于事件触发通信的多导数复杂动态网络及多权重耦合神经网络的动力学行为。首先,提出多导数复杂动态网络模型,通过设计合适的事件触发控制器和Lyapunov泛函,并利用一些不等式技术,推导出多导数复杂动态网络的基于事件触发的无源性和同步准则。另外,考虑时滞对网络的影响,分别研究有时滞的多导数复杂动态网络的基于事件触发的无源性和同步。基于上述模型,我们进一步考虑了多权重耦合神经网络,将参数不确定性(即鲁棒性)考虑在网络模型中,推导出基于事件触发的牵制同步和鲁棒牵制同步条件。另外,考虑时滞对网络的影响,分别研究有时滞的多权重耦合神经网络的基于事件触发的牵制同步和鲁棒牵制同步。最后通过一些仿真实验,验证了所得结果的有效性。

关键词：多导数复杂动态网络多权重耦合神经网络事件触发通信无源性同步牵制同步

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基于事件触发通信方式的多智能体一致性研究

基于事件触发通信方式的多智能体一致性研究

作者：赵大端西南大学

学位级别：硕士

多智能体网络的分布式协同控制在实际工程中有着十分广泛的应用背景。在工业和军事领域,存在众多的多智能体网络协同控制问题,例如无人机的编队控制、无线传感网络的状态估计以及航空母舰上舰载机的姿态调整等。网络化控制系统的协同理... 详细信息

多智能体网络的分布式协同控制在实际工程中有着十分广泛的应用背景。在工业和军事领域,存在众多的多智能体网络协同控制问题,例如无人机的编队控制、无线传感网络的状态估计以及航空母舰上舰载机的姿态调整等。网络化控制系统的协同理论和方法是实现上述群体系统工程应用的核心理论和基础技术。其中,多智能体网络的一致性作为一个关键性问题受到了越来越多学者的关注。由于网络通信资源的约束和智能体计算能力的限制,传统基于连续实时信息交互的一致性协议已经不能很好的指导实践。因此,如何在采样信息的基础上达到对系统控制的目的已经成为一致性控制领域亟待解决的问题之一。事件触发通信机制的提出为解决上述问题提供了一种新思路,本文正是基于这个思路,研究了事件触发通信方式下多智能体网络的一致性问题。主要内容和创新之处可概述如下:(1)在单个智能体存在输出延时和多智能体网络通信带宽受限的条件下,研究了基于事件触发通信方式且带有降阶观测器的多智能体网络一致性问题。首先,给出了一种智能体降阶观测器的构造算法。然后,基于降阶观测器的状态和邻居节点的输出状态,提出了一种新颖的分布式事件触发通信方式。在此通信方式下,通过积分不等式技术和矩阵理论,得到了多智能体网络实现一致的充分条件。与此同时,还得到了系统输出最大延时的估计值和事件触发时刻序列中不存在芝诺行为的参数条件。最后,提供了两个仿真实例验证了所提理论的正确性。(2)在离散时间二阶多智能体网络通信带宽受限的条件下,研究了基于事件触发通信的离散二阶多智能体网络的一致性问题。首先,基于二阶多智能体网络中的位置和速度两个状态变量,提出了一种新颖的离散时间分布式事件触发控制机制。然后,利用双线性变换技术、积分不等式技术和矩阵理论,得到了离散时间二阶多智能体网络实现一致的充分条件。不同于以往的工作,所得的条件揭示了Laplacian矩阵特征值和控制耦合增益对多智能体网络一致性的影响。同时,还得到了事件触发时刻序列中不存在类芝诺行为的参数条件。最后,提供了一个仿真实例验证了所提理论的正确性。

关键词：多智能体网络一致性事件触发通信芝诺行为类芝诺行为

DoS攻击下智能汽车循迹控制系统事件触发通信机制设计与安全控制研究

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DoS攻击下智能汽车循迹控制系统事件触发通信机制设计与安全控制...

作者：单红洋湖南大学

学位级别：硕士

随着自动驾驶技术的快速发展,智能车循迹控制作为自动驾驶核心功能之一,对于提高无人驾驶车辆的安全性和效率具有重要意义。然而,由于无人驾驶车辆需要时刻与复杂多变的道路环境不断交互,车辆循迹控制模块面临着诸多挑战,如系统的不确... 详细信息

随着自动驾驶技术的快速发展,智能车循迹控制作为自动驾驶核心功能之一,对于提高无人驾驶车辆的安全性和效率具有重要意义。然而,由于无人驾驶车辆需要时刻与复杂多变的道路环境不断交互,车辆循迹控制模块面临着诸多挑战,如系统的不确定性、非线性、通信延迟、网络带宽限制和容易遭受拒绝服务攻击等问题。因此,如何提高车辆有限带宽的网络资源利用率以及抵御网络攻击并保证车辆循迹控制系统的稳定性和鲁棒性是亟待解决的问题。基于上述分析,本文主要研究内容如下:（1）为刻画非线性车辆动力学系统的时变性和不确定性,本文利用张量积模型变换方法将车辆循迹动力学模型转化为标准T-S模糊模型,用于设计控制器。针对构建的闭环循迹控制系统模糊模型,利用Lyapunov稳定性理论和并行分布式控制方法,设计一种基于模糊输出反馈H采样控制策略的车辆循迹控制方案。通过线性矩阵不等式（LMI）处理技术,给出全局控制增益求解方法。（2）针对车辆循迹控制模块有限网络带宽问题,基于经典事件触发机制的控制策略,提出了新的自适应事件触发阈值设计方案,以优化平衡系统通信传输效率与控制性能,研究事件触发通信机制下系统稳定性与控制器设计问题。通过Lyapunov理论推导得到系统指数稳定和输出反馈采样控制器的充分条件,利用LMI联合设计事件触发条件参数与控制器增益。（3）考虑到车辆循迹网络化控制系统可能面临的非周期有界拒绝服务攻击,提出了一种基于切换系统理论的安全切换策略,保证车辆在攻击入侵模式和正常无攻击模式之间的平顺切换以及一定攻击下的循迹控制性能质量。针对含事件触发机制的切换控制系统,推导出均方指数稳定的充分条件,联合设计切换规则、控制器增益、观测器增益以及事件触发机制参数。最后,通过仿真实验验证本文提出方法的有效性和优越性。仿真结果表明,本文提出的方法可以实现精确、平滑、鲁棒和安全的车辆循迹控制。其中,合理的事件触发机制设计能够确保车辆具备较好的循迹控制性能,提高网络资源利用效率。同时,针对车辆循迹控制系统受到的非周期DoS攻击,设计的安全切换策略可以有效地应对一定强度下的DoS攻击并保证车辆在有无攻击的切换模式下仍然能够完成循迹任务。

关键词：循迹控制非周期拒绝服务攻击事件触发通信安全切换策略模糊输出反馈控制

基于事件通信机制的多机器人协作控制和应用研究

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基于事件通信机制的多机器人协作控制和应用研究

作者：潘利刚杭州电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,越来越多的机器人投入到实际的应用中,多机器人系统的相关研究也将有更大的应用价值。在实际应用中,通信资源宝贵而有限,而基于事件触发的通信策略可以减少机器人的控制更新和通信负担,这使它更具优势。有限的时间一致性和固定... 详细信息

近年来,越来越多的机器人投入到实际的应用中,多机器人系统的相关研究也将有更大的应用价值。在实际应用中,通信资源宝贵而有限,而基于事件触发的通信策略可以减少机器人的控制更新和通信负担,这使它更具优势。有限的时间一致性和固定时间一致性能使系统能够在一定的时间内达成共识,这保证了现实任务的可行性。而关于有限、固定时间一致性与事件触发之间还少有相关性的研究。因此本文对此进行了深入研究,主要工作内容如下:首先,本文对事件触发条件和事件触发序列进行了分析,在此基础上提出了一种具有有限时间一致性的控制器,多机器人将跟踪虚拟领导者的状态,从而达到期望的状态。事件触发的通信方案,可以减少机器人的控制更新和通信负担。本文给出并证明了事件触发通信下的有限时间一致性的定理和稳定性条件,并通过仿真证明了控制算法的可行性。其次,本文进一步提出了一种固定时间一致性的控制器,其收敛时间不依赖于多机器人的初始状态,这在实际任务中具有优势。同时也给出并证明了事件触发通信下固定时间一致性的定理和稳定性条件,通过仿真和实际实验证明了控制算法的可行性。最后,本文通过设计和分析具有事件触发通信机制的决策控制方法,研究了一组自主机器人进行信号源定位的问题。在决策层中,使用粒子滤波器来估计信号源的可能位置。信号源的估计位置随着机器人的运动逐渐接近信号源的实际位置。在控制层中,采用事件触发通信的一致性协作方案。通过仿真和实验结果证明了基于事件触发通信方案的决策控制方法在信号源定位问题上的有效性。

关键词：事件触发通信多机器人系统有限时间一致性固定时间一致性信号源定位

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基于事件触发的分布式优化算法

自动化学报 2022年第1期48卷 133-143页

作者：杨涛徐磊易新蕾张圣军陈蕊娟李渝哲东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室中国沈阳110819 瑞典皇家理工学院电气工程与计算机科学学院决策与控制系统系瑞典斯德哥尔摩10044 北德克萨斯大学电气工程系美国德克萨斯州丹顿76203 华中科技大学人工智能与自动化学院中国武汉430074

本文研究了一类分布式优化问题,其目标是通过局部信息交换使由局部成本函数之和构成的全局成本函数最小.针对无向连通图,我们提出了两种基于比例积分策略的分布式优化算法.在局部成本函数可微且凸的条件下,证明了所提算法渐近收敛到全... 详细信息

本文研究了一类分布式优化问题,其目标是通过局部信息交换使由局部成本函数之和构成的全局成本函数最小.针对无向连通图,我们提出了两种基于比例积分策略的分布式优化算法.在局部成本函数可微且凸的条件下,证明了所提算法渐近收敛到全局最小值点.更进一步,在局部成本函数具有局部Lipschitz梯度和全局成本函数关于全局最小值点是有限强凸的条件下,证明了所提算法的指数收敛性.此外,为了避免智能体之间的连续通信和减少通信负担,将所提的两种分布式优化算法与事件触发通信相结合,提出了两种基于事件触发的分布式优化算法.证明了提出的事件触发优化算法不存在Zeno行为,并且在相应条件下保持了与连续通信下分布式优化算法一样的收敛性.最后,通过数值仿真验证了上述理论结果.

关键词：分布式优化事件触发通信 Zeno行为比例积分算法

基于状态感知的UGV H∞事件触发路径跟踪控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2022年第10期49卷 34-42页

作者：孙洪涛张鹏飞彭晨丁飞曲阜师范大学工学院山东日照276826 上海大学机电工程与自动化学院上海200444 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082

针对通信受限下的无人驾驶车辆路径跟踪控制问题,提出了一种基于状态感知的H∞事件触发路径跟踪控制策略.首先,根据车辆的动力学行为建立了相应的路径跟踪控制模型;其次,基于对路径跟踪控制系统的状态实时感知,设计了一种新型的基于状... 详细信息

针对通信受限下的无人驾驶车辆路径跟踪控制问题,提出了一种基于状态感知的H∞事件触发路径跟踪控制策略.首先,根据车辆的动力学行为建立了相应的路径跟踪控制模型;其次,基于对路径跟踪控制系统的状态实时感知,设计了一种新型的基于状态感知的事件触发通信策略(SS-ETC),可根据控制系统的状态对事件触发阈值进行动态自适应的调整;然后,在该动态事件触发通信策略下,结合时滞系统建模方法与Lyapunov稳定性理论,设计了基于状态感知的事件触发H∞控制器.本文所提出的基于状态感知的动态事件触发通信策略能够根据控制系统的量测状态进行通信阈值的动态调整,有效地实现了自主车辆通信与控制的自适应协同设计.最后,通过仿真实验验证了所提出的动态事件触发控制策略的有效性.

关键词：无人驾驶车辆事件触发通信路径跟踪 H∞控制

光伏发电参与直流微电网多时间尺度电压支撑的分布式分层控制

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中国电机工程学报 2024年

作者：李忠文张玉成程志平郑州大学电气与信息工程学院

随着光伏(Photovoltaic， PV)发电在直流微电网中的渗透率不断提高，储能系统规模需要随之扩大，否则直流微电网的电压调节能力将不足以应对功率扰动。解决此问题的一个新途径是使PV系统具备提供电压响应辅助服务的能力。本文为了使光... 详细信息

随着光伏(Photovoltaic， PV)发电在直流微电网中的渗透率不断提高，储能系统规模需要随之扩大，否则直流微电网的电压调节能力将不足以应对功率扰动。解决此问题的一个新途径是使PV系统具备提供电压响应辅助服务的能力。本文为了使光伏发电系统具有多时间尺度的电压响应能力，提出了一种分布式多时间尺度分层电压控制方法，该方法包括一次电压调节和二次电压调节。对于电压一次调节，PV变换器运行于电压支撑模式，可以在毫秒级时间尺度内根据电压偏差调节PV输出功率，具有响应速度快和易于实现的优点。对于电压二次调节，提出了一种新颖的分布式控制策略，运行在电压支撑模式下的PV变换器可以在秒级时间尺度内响应上级控制中心分配的参考指令。本文所提策略可以在固定时间内收敛而与系统初始条件无关。另外，本文还设计了一种适用于直流微电网的事件触发机制，以减小PV变换器之间的通信压力。最后，基于远宽StarSim的硬件在环实时仿真验证了该方法的有效性和优越性。

关键词：光储直流微电网多光伏变换器事件触发通信电压分层控制固定时间收敛