矩阵权重网络上多自主体系统的领航-跟随控制研究
批准号:
62103278
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
潘鹿鹿
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘鹿鹿
中文摘要
目前多自主体系统协同控制的研究主要聚焦在网络连边权重为数值的数值权重网络上,但此类网络无法描述相邻自主体状态向量中不同维度分量之间的联系,造成对现实世界多自主体系统的建模失真。本项目以矩阵权重网络上多自主体系统为对象,克服网络结构和权重矩阵难以解耦分析带来的挑战,研究其领航-跟随控制方法。首先,基于矩阵值扰动Laplacian矩阵零空间分析,分别在同质和异质控制输入下,研究网络结构、权重矩阵、领航个体选择与系统实现协同跟踪和广义协同包围的关系,并结合积分图分析将结果推广到动态切换网络情形;随后,提出基于权重矩阵特征值的中心性指标,结合网络结构和权重矩阵的代数性质,研究领航个体选择与系统收敛速率的关系;最后,设计基于邻居选择机制的完全分布式算法,在保证控制输入到所有自主体可达性的基础上简化网络结构,优化系统收敛速率。本项目突破现有多自主体系统研究框架,具有重要的理论意义。
英文摘要
Current works on distributed cooperative control of multi-agent systems mainly concentrate on scalar-weighted networks, which ignore the interdependency amongst the elements in state vectors between neighboring agents and, therefore, cannot characterize the real-world multi-agent systems accurately. This project studies the leader-follower control of multi-agent system on matrix-weighted networks, where the challenges arise since analysis of network structure and weight matrices cannot be decoupled. First, based on the analysis of null space of matrix-valued perturbed Laplacian, the influence of network structure, weight matrices, and leader selection on the leader-follower tracking and containment control is to be studied for homogeneous and heterogeneous control input cases, separately, the results are to be extended to switching matrix-weighted networks via integral graph analysis; Then, based on the spectrum of weight matrices, novel centralities are to be proposed for analyzing the influence of leader selection along with the algebraic properties of the network structure and weight matrix on the convergence rate of the system. Finally, a fully distributed network reduction algorithm is to be designed based on the idea of neighbor selection, where network reachability can be guaranteed and the convergence rate can be optimized as well. This project breaks through the limitations of the existing multi-agent system interaction protocol framework and is expected to promote a breakthrough in the theory of multi-agent systems.
目前多自主体系统协同控制的研究主要聚焦在网络连边权重为数值的数值权重网络上,但此类网络无法描述相邻自主体状态向量中不同维度分量之间的联系,造成对现实世界多自主体系统的建模失真。本项目以矩阵权重网络上的多自主体系统为对象,克服网络结构和权重矩阵难以解耦分析带来的挑战,研究其领航-跟随控制方法。主要研究结果如下: .1、针对领航-跟随静态网络,建立了网络连边权重矩阵的零空间、网络拓扑结构和矩阵值扰动Laplacian矩阵零空间之间的定量关系,给出了同质输入下矩阵权重网络多自主体系统实现领航-跟随跟踪控制目标的条件和异质输入下矩阵权重网络多自主体系统实现领航-跟随广义包围控制的条件,且证明了广义包围控制的范围和系统维数有关。.2、针对领航-跟随动态切换网络,通过定义矩阵权重切换网络在一定区间上的积分网络,证明了该区间上积分网络的零空间与其上切换网络零空间交集之间的等价关系,给出动态切换网络上多自主体系统实现领航-跟随跟踪控制等价于其对应的积分网络上多自主体系统实现领航-跟随跟踪控制。.3、利用领航-跟随多自主体系统的扰动Laplacian矩阵的特征向量在网络节点上的分布具有单调性的性质构建简化网络,证明在简化后的网络上,对任意跟随个体都至少存在一条从领航个体到该跟随个体的有向路径。建立相邻个体状态比值的稳态值与特征向量之间的等价关系,从而保证构建简化网络的过程可以分布式实施。利用Rayleigh–Ritz定理和Weyl定理对系统在简化网络上的收敛性能提升程度进行定量评估。.4、针对矩阵权重网络领航-跟随多自主体系统具有执行器饱和的情况,设计了一种基于事件触发机制的分布式协同控制协议,以保证多自主体系统在事件触发通信和执行器饱和机制的影响下仍能实现全局一致性。. 本项目研究了矩阵权重网络上多自主体系统的领航-跟随控制方法,探索了影响控制收敛速率的主要因素并在此基础上设计分布式算法提升领航-跟随控制的收敛速率。本项目的预期成果将进一步发展多自主体系统的基础理论。
符号矩阵权重网络多智能体系统的协同控制理论及其在分布式隐私保护算法设计中的应用
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批准号:62573288
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项目类别:面上项目
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资助金额:51.00万元
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批准年份:2025
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负责人:潘鹿鹿
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依托单位:
国内基金
海外基金