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多约束条件下基于PID协议的多自主体网络协同控制理论与应用

批准号:
62103015
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:
谷海波
依托单位:
学科分类:
系统建模理论与仿真技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
谷海波

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多自主体网络协同控制是面向国际学术前沿和国家重大战略需求的基础研究领域,无论在理论上还是在实际应用中都具有十分重要的意义。由于受到执行器饱和、非线性、噪声等因素影响,传统的协同控制方法存在一些根本问题和先天不足。本项目拟采用理论分析、数值计算与实验验证相结合的研究方法,围绕基于PID协议的多自主体网络协同控制问题展开研究。针对存在执行器饱和、不确定非线性、有向拓扑结构与随机干扰的多自主体网络,通过设计PID协议,揭示多自主体网络协同控制的内在机理,建立协同控制基本理论与方法,阐明协同控制与PID增益之间的本质关系,验证其在无人车/无人机集群中的应用效果,为网络控制系统理论的完善和发展奠定基础。通过本项目研究,可望在理论上揭示多约束条件下多自主体网络协同控制的本质规律,阐明网络拓扑结构、节点动力学、约束条件与PID协议之间的定量关系,为实际工程系统等领域提供新的理论支撑和技术支持。
英文摘要
Multi-agent network cooperative control is a basic research field which facing the international academic frontier and the major national strategic needs. Cooperative control of multi-agent network has significant importance both in theory and in practice. Due to the influences of actuator saturation, nonlinearity, noise and other factors, there exists some fundamental problems and inherent deficiencies for traditional cooperative control approaches. This project aims to adopt theoretical analysis, numerical calculation and experimental verification to investigate cooperative control of multi-agent network under PID protocols. In view of the multi-agent network with actuator saturation, uncertain nonlinearity, directed topologies and stochastic disturbances, by designing PID protocols, this project will reveal the internal mechanisms of cooperative control for multi-agent network, establish the fundamental theories and methods of cooperative control, clarify the essential relationship between cooperative control and PID control gains, and also verify its applications effect in UAV swarming systems. This will lay a foundation for the improvement and development of the theories of networked control systems. Through the research of this project, it is expected to reveal the essential laws for cooperative control of multi-agent network under multiple constraint conditions, and clarify the quantitative relationships between network topologies, node dynamics, constraint conditions and PID protocols. These outcomes will provide a new theoretical and technical support for real engineering systems and other fields.
面向多自主体网络系统的国际学术前沿和国家重大战略需求,本项目以“复杂系统,简单规则”为主线,以多自主体网络系统为研究对象,以多自主体网络系统实现协同为研究目标,通过网络科学与控制科学、数学等学科的交叉融合,深入开展了多约束条件下多自主体网络系统协同控制研究。主要研究内容和重要结果包括:探讨了时滞、执行器饱和、通信限制等约束条件对多自主体网络系统协同性能的影响,设计了含时滞的网络化系统参数辨识算法,给出了不同约束条件下多自主体网络系统实现协同的充分条件;设计了基于神经网络和事件触发机制的编队控制协议,给出了非线性多自主体网络系统协同控制的判别准则,阐释了多自主体网络系统协同控制的内在机理;提出了随机扰动和有向拓扑下多自主体网络系统协同控制策略及PID控制协议设计方法,揭示了网络的拓扑结构、耦合强度、节点动力学、随机扰动和控制增益之间的定量关系;验证了理论方法在无人车/无人机集群系统中的应用效果。本项目执行期间,在本领域权威期刊发表SCI论文11篇,EI会议论文1篇,其中包括IEEE Transactions论文6篇,项目部分成果获2024年中国指挥与控制学会科学技术进步奖技术发明类一等奖;培养博士后2名,博士研究生2名,硕士研究生3名,项目负责人入选2022年北京航空航天大学青年拔尖人才支持计划等。
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