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完全分布式异构多智能体系统有限时间跟踪

控制与决策 2020年第4期35卷 870-876页

作者：董新民丁超陈勇刘棕成徐浩军空军工程大学航空工程学院西安710038 空军工程大学研究生院西安710051

针对异构二阶非线性多智能体系统有限时间跟踪问题,提出一种完全分布式一致性控制方法,消除对于误差上界与Laplacian矩阵特征值等全局信息的依赖.设计一种只包含局部信息的有限时间一致性协议,并提出自适应增益的分布式切换机制,使得各... 详细信息

针对异构二阶非线性多智能体系统有限时间跟踪问题,提出一种完全分布式一致性控制方法,消除对于误差上界与Laplacian矩阵特征值等全局信息的依赖.设计一种只包含局部信息的有限时间一致性协议,并提出自适应增益的分布式切换机制,使得各增益以分段常数的方式进行调节,简化了相邻两次切换时间区间内稳定性分析过程.通过反证法证明多智能体系统必将实现有限时间一致性,并且自适应增益保持有界.仿真结果验证了所提出的完全分布式一致性协议的有效性.

关键词：异构多智能体系统完全分布式有限时间一致性自适应切换逻辑

基于双事件触发机制的多智能体系统完全分布式协同控制研究

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基于双事件触发机制的多智能体系统完全分布式协同控制研究

作者：刘宏北京交通大学

学位级别：硕士

在过去的几十年中,多智能体系统协同控制是最热门的研究方向之一,通常包括一致性控制、包含控制、编队控制等。由于智能体所携带的资源和通信带宽有限,研究学者引入事件触发机制来减少控制动作的次数,从而达到节约能量和资源的目的。然... 详细信息

在过去的几十年中,多智能体系统协同控制是最热门的研究方向之一,通常包括一致性控制、包含控制、编队控制等。由于智能体所携带的资源和通信带宽有限,研究学者引入事件触发机制来减少控制动作的次数,从而达到节约能量和资源的目的。然而,在部分基于事件触发机制的研究中虽然控制器不连续更新,但触发条件的计算仍然需要与邻居智能体连续通讯。此外,部分研究采用估计状态来摆脱连续通信的约束,但控制器却需要连续更新。为了同时解决上述问题,双事件触发机制被提出,以减少通信和控制器更新的资源消耗,并且给出了两种触发条件,分别用来确定通信和更新控制器的时刻。基于以上想法,本文设计了一种新的双事件触发机制,即可达到同时减少控制器更新次数和智能体间通信次数的目的,还可以在此基础上解决一致性控制、包含控制等问题,具体工作如下:1.本文研究了一般线性多智能体系统的包含控制问题,通过设计基于双事件触发机制的完全分布式控制协议,使得每个跟随者仅在自己的事件触发时刻与邻居智能体通信或更新控制器;通过采用自适应技术,使得控制器的设计不依赖于拉普拉斯矩阵等全局信息。并且在仅基于采样信息的基础上引入相对状态生成方法,消除了需要连续监控邻居智能体状态的限制;基于上述研究,本文将问题拓展到解决领导者带有输入且跟随者同时带有时变乘性故障与加性故障的问题,根据研究问题对控制器进行相应改进,最终借助图论、矩阵分析、李雅普诺夫稳定性等理论证明了给出的控制器可以使得多智能体系统实现包含控制,芝诺行为可以被排除,并通过仿真实例验证了控制器的有效性以及本文提出的双事件触发机制的优势。2.考虑到包含控制可以看作是一致性控制的一种特殊情况,本文将研究问题继续拓展到更一般的一致性控制,并且将上述提出的双事件触发机制进一步改进为动态双事件触发机制。两组动态变量分别被引入双事件触发函数中,进一步减少智能体间通信次数及控制器更新次数,从而达到节省更多资源的目的;最终证明在所给出的充分条件下一致性控制得以实现,芝诺行为能够被排除,并且利用仿真实例验证了所设计的控制器的有效性及本文提出的动态双事件触发机制的优势。

关键词：多智能体系统完全分布式双事件触发一致性控制包含控制

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多无人机完全分布式有限时间编队控制

控制与决策 2019年第12期34卷 2656-2660页

作者：王丹丹宗群张博渊秦新立天津大学电气自动化与信息工程学院

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑... 详细信息

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑及Leader无人机状态等全局信息的限制,基于Lyapunov理论证明无人机编队误差在有限时间可以收敛到边界可调的邻域内.对三维运动的多无人机编队进行仿真验证,结果显示,所设计的编队控制算法可以实现多无人机有限时间完全分布式编队生成和保持.

关键词：无人机完全分布式有限时间编队控制滑模控制自适应控制

基于交替方向乘子法的完全分布式经济调度方法研究

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基于交替方向乘子法的完全分布式经济调度方法研究

作者：张婷婷广西大学

学位级别：硕士

针对现代电力系统多区域自治决策的要求和特点,在构建分解协同交互机制的基础上,采用完全分布式计算方法实现多区域电力系统经济调度(Economic Dispatch,ED)协同优化。本文采用4种基于交替方向乘子法(Alternating direction method of m... 详细信息

针对现代电力系统多区域自治决策的要求和特点,在构建分解协同交互机制的基础上,采用完全分布式计算方法实现多区域电力系统经济调度(Economic Dispatch,ED)协同优化。本文采用4种基于交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)的分布式算法求解 ED问题。首先,通过变量复制,采用2分块经典ADMM直接实现分布式计算。但由于ED模型中仍然存在变量耦合的约束条件,为了使变量完全按照机组解耦,采用2分块ADMM求解经济调度对偶问题方法(D_DMM),实现完全分布式计算,得到较好的并行效果。另外,ED模型是带线性约束的凸多分块最小化问题,可直接采用多分块ADMM方法,本文采用带高斯回代的交替方向乘子法(Alternating Direction Method with Gaussian back substitution,ADM),保证该问题下的多分块ADMM算法收敛,实现了ED问题完全分布式串行计算。由于上述算法无法并行计算,本文通过采用交换ADMM(Exchange ADMM,EDMM),保证算法收敛的同时实现ED问题完全分布式并行计算。在本文中,四种分布式方法以分布式协同的方式求解ED问题,相比集中式算法,这些分布式算法具有更好地安全性和可扩展性。最后,讨论了四个算法的收敛性,计算速度和参数变化的差异,并通过实验以串行和并行的方式测试了这些分布式算法的性能。

关键词： ADMM 经济调度完全分布式并行计算

完全分布式无线传感网中基于稀疏重构的声源定位

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白城师范学院学报 2020年第5期34卷 74-79页

作者：冯玉武胡国华查长军合肥学院先进制造工程学院合肥230601

为了解决无线传感网中低功耗、多声源定位精度低的问题,文章提出了基于完全分布式结构的自适应性稀疏重构算法.完全分布式结构仅需局部的数据传输,每个传感器节点仅需将其检测到的能量值传输到其单跳范围内的邻居节点,同样也会接收来自... 详细信息

为了解决无线传感网中低功耗、多声源定位精度低的问题,文章提出了基于完全分布式结构的自适应性稀疏重构算法.完全分布式结构仅需局部的数据传输,每个传感器节点仅需将其检测到的能量值传输到其单跳范围内的邻居节点,同样也会接收来自单跳范围内的邻居节点检测到的数据,避免大量数据的远距离无线传输,达到减少能量消耗的目的.为了减少计算复杂度,提高定位精度,在稀疏重构算法中采用了自适应性冗余字典.最后利用鲁棒一致性算法对每个节点所得的估计值进行融合得到声源位置的全局估计值,进一步提高定位精度.

关键词：声源定位完全分布式无线传感网稀疏重构

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带有输入饱和的非线性系统双边一致性研究

控制工程 2022年第3期29卷 397-403页

作者：南晓娅吕跃祖段志生北京大学工学院北京100871 东南大学数学学院江苏南京211189

针对有向领从图下非线性多智能体系统带有输入饱和的双边一致性问题,提出完全分布式自适应协议。该协议的设计中引入了一个补偿观测器,利用多层饱和控制算法成功克服了输入饱和非线性的影响,此外,通过引入自适应控制增益,避免了对全局... 详细信息

针对有向领从图下非线性多智能体系统带有输入饱和的双边一致性问题,提出完全分布式自适应协议。该协议的设计中引入了一个补偿观测器,利用多层饱和控制算法成功克服了输入饱和非线性的影响,此外,通过引入自适应控制增益,避免了对全局拓扑连通度信息的需求,使得所设计的双边一致性协议仅需要邻居智能体的相对状态信息,实现了控制协议的完全分布式无需任何全局信息。最后,通过数值仿真验证了抗饱和一致性控制协议的有效性。

关键词：多智能体系统完全分布式双边一致性输入饱和

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考虑噪声和环境的微电网分布式经济调度策略

电子测量技术 2022年第9期45卷 68-75页

作者：何玉钧魏克俭张倩华北电力大学电子与通信工程系保定071003

随着微电网的迅速发展,其运行和经济优化控制越来越受到人们的关注。传统的经济优化控制为集中式控制,其面临着单点故障,资源消耗大等问题。分布式控制可以很好地解决上述问题,并可以结合一致性算法解决微电网中的经济调度问题。系统调... 详细信息

随着微电网的迅速发展,其运行和经济优化控制越来越受到人们的关注。传统的经济优化控制为集中式控制,其面临着单点故障,资源消耗大等问题。分布式控制可以很好地解决上述问题,并可以结合一致性算法解决微电网中的经济调度问题。系统调度过程需要通信网络完成信息的交互,然而通信网络通常会受到噪声的影响,针对此问题,本文提出了一种基于有限时间一致性的完全分布式经济调度策略来应对噪声的干扰,并以分布式系统的发电成本和环境污染排放最小为目标,通过引入一致性增益函数来抑制噪声,实现系统的完全分布式环境/经济优化调度。算例仿真表明,本文所提出的完全分布式调度策略在保证一致性收敛的同时,可以抑制噪声的干扰并且达到了较好的优化效果。

关键词：环境/经济调度一致性算法噪声完全分布式微电网

受外部扰动影响的线性多智能体系统时变编队跟踪控制

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受外部扰动影响的线性多智能体系统时变编队跟踪控制

作者：王康北京化工大学

学位级别：硕士

近年来,随着计算机和通信技术的发展日趋成熟,多智能体系统协同控制在军事、工业制造和民用等领域应用广泛,成为控制学科领域的研究热点。编队控制作为多智能体系统协同控制研究领域的一个重要分支,是指多个智能体在设计的控制算法下,... 详细信息

近年来,随着计算机和通信技术的发展日趋成熟,多智能体系统协同控制在军事、工业制造和民用等领域应用广泛,成为控制学科领域的研究热点。编队控制作为多智能体系统协同控制研究领域的一个重要分支,是指多个智能体在设计的控制算法下,最终能够维持期望的编队队形。实际应用中,外部扰动普遍存在,对多智能体系统的性能甚至稳定性产生影响,且待跟踪的领导者或目标往往是动态变化的且对应的领导者输入或目标移动速度信息难以实时测得,甚至由于传感器硬件或环境限制每个跟随智能体仅能获得领导者或目标的部分输出信息。因此,本文研究这些因素存在情形下的多智能体系统协同编队控制算法设计,实现其以时变编队跟踪未知动态信息的领导者或目标并同时抑制外部扰动,能够适用于更广泛的协同控制实际应用场景。首先,在外部扰动模型已知的前提下,研究了有向图下线性多智能体系统对一个有界未知输入领导者的时变编队跟踪控制问题。为了抑制扰动,为每个智能体设计了一个扩张状态观测器对状态和扰动进行同时估计。基于估计信息和编队信息,为每个智能体设计了一个完全分布式时变编队跟踪控制协议,该协议中的耦合系数不需要拉普拉斯矩阵特征值这一全局信息。通过Lyapunov稳定性分析,当期望的编队队形满足一定条件时,能够证明多智能体系统在抑制干扰的同时,渐近地以时变编队跟踪领导者。其次,在上一章的基础上考虑外部扰动模型异构且参数矩阵完全未知的情形。通过设计的自适应扰动观测器对参数矩阵进行估计,提出的基于观测器的完全分布式时变编队跟踪控制协议能够以期望的编队队形跟踪具有未知输入的非自治领导者。然后考虑控制协议中引进非连续函数处理领导者未知有界输入,可能导致抖振现象,一种连续时变编队跟踪控制器被提出,最终证明编队跟踪误差能够渐近收敛到可控区域。最后,考虑所有智能体仅能获取领导者部分输出信息的情形,结合上一章的自适应扰动观测器设计,为每个智能体设计了基于分布式观测器方法的时变编队跟踪控制协议。在设计的分布式观测器下,每个智能体利用可测得的领导者部分输出信息以及和其邻居智能体信息的交互完成对领导者的状态信息渐近估计。利用每个智能体自身的分布式观测器信息、状态信息和干扰估计信息以及编队补偿量,设计了协同编队跟踪控制协议。在通信图是强联通的条件下,证明了在所设计的控制协议下多智能体系统能够实现全局渐近地以时变编队跟踪领导者并抑制外部扰动。

关键词：线性多智能体系统扰动抑制时变编队跟踪完全分布式分布式观测器

拒绝服务攻击下的分布式微电网系统安全控制问题研究

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拒绝服务攻击下的分布式微电网系统安全控制问题研究

作者：刘新宇青岛大学

学位级别：硕士

随着网络控制技术的发展和控制理论的不断完善,一种由多个分布式发电机(Distributed Generators,DGs)构成的智能电网逐步取代传统电网,称为微电网系统。同时,网络系统的控制策略逐步由集中控制发展为分布式控制,但所设计的分布式控制器... 详细信息

随着网络控制技术的发展和控制理论的不断完善,一种由多个分布式发电机(Distributed Generators,DGs)构成的智能电网逐步取代传统电网,称为微电网系统。同时,网络系统的控制策略逐步由集中控制发展为分布式控制,但所设计的分布式控制器用到全局通信拓扑信息,不符合实际系统,这并非真正意义上的分布式。这使得完全分布式控制策略受到广泛关注。考虑到实际中网络链路的脆弱性,易遭受网络攻击的破坏,导致微电网系统中电压跟踪控制任务无法实现。因此,研究微电网系统安全运行下的各类控制任务具有重要意义。本文在完全分布式控制框架下,研究了遭受拒绝服务攻击的微电网系统的二次侧电压弹性跟踪控制问题。其主要研究内容如下:(1)考虑系统遭受拒绝服务攻击的情况,本文研究了具有无向网络拓扑结构的微电网系统的事件触发二次侧电压跟踪控制问题。通过引入时变耦合权重,设计完全分布式控制器,摆脱对全局信息的依赖,即拉普拉斯矩阵最小非零特征值正实部。通过设计动态事件触发机制,解决了分布式发电机之间连续通信的问题,减少了网络资源的浪费,并在一定程度上降低了微电网系统遭受网络攻击的风险,保证了分布式发电机二次侧电压跟踪控制任务的完成。通过证明芝诺行为不存在,保证了事件触发机制的正常工作。最后通过仿真算例验证了所设计的控制策略的有效性。(2)针对系统动态未知以及遭受拒绝服务攻击的情况,本文利用强化学习技术,研究了具有无向通信拓扑结构的微电网事件触发二次侧电压弹性跟踪控制问题。在假设系统矩阵和输入矩阵未知的情况下,通过使用强化学习算法,利用输入输出数据集,求解黎卡提方程,进而得到控制器增益。根据拒绝服务攻击发生时,自身发电机无法接收到邻居发电机传输的状态信息的特点,利用自身发电机获得的邻居发电机最近一次成功传输的状态信息作为补偿项来设计攻击下的完全分布式控制器和事件触发策略,该补偿机制能够降低网络攻击对控制效果造成的影响,并在保证电压跟踪控制完成的前提下,减少了分布式发电机之间的通信次数。此外,本文证明了所设计的事件触发机制不存在芝诺行为。最后通过仿真算例验证了所设计控制方案的有效性。(3)考虑系统状态不可测和系统遭受拒绝服务攻击的情况,本文解决了具有无向通信拓扑结构的微电网系统的事件触发二次侧电压弹性输出反馈跟踪控制问题。在实际工程应用中,往往会因为外界的干扰导致系统状态不可测。因此,通过设计观测器,可以获得分布式发电机电压的估计值。针对非周期拒绝服务攻击,设计了安全控制器,保证了二次侧电压跟踪控制任务的完成。同时考虑通信资源的有限性,通过设计合理的事件触发机制,减少了分布式发电机之间的通信次数,进而节约了通信资源。此外,通过严格的理论证明排除了所设计的事件触发机制存在芝诺行为。最后通过仿真实验验证了本文所设计的基于观测器的完全分布式事件触发电压弹性控制策略的有效性。

关键词：微电网完全分布式电压跟踪控制事件触发控制拒绝服务攻击