【摘 要】
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智能群体(MAS)协同控制技术涉及数学、机械、控制、人工智能等多学科融合,已在社会服务、军事安全等相关领域得到一定的应用。MAS编队控制问题作为MAS协同控制研究中较为重要的基础问题,主要以MAS按照某一规律形成及维持期望编队形状为基本目标,在实际中具有一定的应用研究价值。MAS编队控制研究中最重要的是MAS模型的描述以及相关信息的利用方式。非完整性约束下的MAS模型,由于其建模过程接近实际运动过
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智能群体(MAS)协同控制技术涉及数学、机械、控制、人工智能等多学科融合,已在社会服务、军事安全等相关领域得到一定的应用。MAS编队控制问题作为MAS协同控制研究中较为重要的基础问题,主要以MAS按照某一规律形成及维持期望编队形状为基本目标,在实际中具有一定的应用研究价值。MAS编队控制研究中最重要的是MAS模型的描述以及相关信息的利用方式。非完整性约束下的MAS模型,由于其建模过程接近实际运动过程,逐渐成为研究热点;同时,基于相对信息的MAS编队控制,由于其不需要考虑全局坐标系下的信息,所有信息均在局部坐标系里获得,能克服全局坐标系的局限性,成为研究前沿。因此,本文研究非完整性约束下基于相对信息的MAS编队控制问题具有实际意义。本文提出了一类基于相对信息的S型函数分布式控制器,分别解决了三类MAS编队形状控制问题:旋转型(R型)MAS编队控制问题、平移型(T型)MAS编队控制问题以及混合型MAS编队控制问题。针对R型MAS编队控制问题,首先总结出其编队控制问题的一般数学描述,其核心在于目标点的不动性和编队形状的旋转性;然后利用局部坐标系下的相对信息,提出了一类基于S型函数的分布式控制器,同时利用相关稳定性理论分析其大范围渐近稳定性;最后通过数值仿真验证此类控制器的有效性,并与现有文献比较总结出本文控制器的特征。针对T型MAS编队控制问题,同理,首先总结出其编队控制问题的一般数学描述,其核心在于目标点的运动性和编队形状的平移性;然后提出了一类基于S型函数状态观测器的分布式控制器,特殊地,当目标轨迹是圆形时,所提控制器可退化至与R型MAS编队控制器相似的结果,同时分析其大范围渐近稳定性,数值仿真验证有效性,比较文献总结特征。针对混合型MAS编队控制问题,同理,总结其一般数学描述(其核心在于目标点的运动性和编队形状的旋转性),提出一类与R型MAS编队控制器相似的基于S型函数控制器,分析其大范围渐近稳定性,数值仿真验证有效性,比较文献总结特征。本文的主要贡献在于本文所提控制器所用信息较少、MAS的拓扑结构更具一般性以及理论层面的系统大范围渐近稳定性,具体地,本文提出的分布式控制器有以下特点:1.针对于三类MAS运动方式,本文分别提出一类基于相对信息的S型函数分布式控制器,同时证明了其大范围渐近稳定性,特别地,对于T型MAS编队控制,本文额外考虑了一种基于S型状态观测器的分布式控制器;2.本文考虑了局部坐标系下的相对信息,特别地,对于R型和T型MAS编队控制,期望目标点的相对信息只能被部分智能体获取,其余智能体不知道目标点的任何信息;3.针对MAS的拓扑结构,本文考虑了一般的有向加权拓扑图,使得MAS的内在连接更加随意,具有一定的普适性。
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