课题基金 / 基金详情

感知约束的多智能体系统动态编队控制与协同机制研究

批准号:
62103277
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:
杨紫雯
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:
杨紫雯

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
多智能体系统动态编队是多无人平台协同完成复杂任务的关键,对于海域协同监测等领域意义重大。弱GPS、视距遮挡等环境下智能体位置信息难以直接持续感知,感知受限下动态编队和协同机制设计面临极大挑战。本项目提出基于间歇性方位角观测的位置感知-编队控制联合设计思想,针对“定位-控制联合性能表征和协同机制设计”科学问题,开展三方面研究:①基于间歇性方位角测量,设计面向时变编队的非线性联合定位方法,避免全局坐标系下位置测量的先验要求;②基于实时相对位置估计,设计适应环境约束的感知反馈动态编队控制律,同时确保估计和控制误差收敛性;③设计面向能量受限的系统性能协同优化方法,实现闭环系统的稳定性和最优性。预期成果将为感知约束下的动态编队控制问题提供一般性解决方法,为提升海洋环境中多水下潜航器等智能体系统的自主性和智能性提供理论和技术支撑。
英文摘要
The dynamic formation of multi-agent systems is the key to the coordination of multiple unmanned platforms to complete complex tasks, and is of great significance to the field of coordinated monitoring of sea areas. It is difficult to directly and continuously sense the position information of the agent in GPS-denied and line-of-sight occlusion happened environments, and the design of dynamic formation and coordination mechanism under limited sensing ability is facing great challenges. This project proposes a co-design idea of localization-formation control based on intermittent bearing measurements, and conducts three researches on the scientific problem of "localization-control joint performance characterization and collaborative mechanism design": ①Based on intermittent bearing measurements, time-varying formation oriented nonlinear joint localization method is proposed, where the prior requirements of position measurement in the global coordinate system is avoided; ②Based on real-time relative position estimation, design a dynamic formation control law with sensing feedback that adapts to environmental constraints, while ensuring the convergence of estimation and control errors; ③Design an energy-constrained system performance collaborative optimization method to achieve the stability and optimality of the closed-loop system. The expected results will provide a general solution to the problem of dynamic formation control of sensing limited multi-agent systems, and provide theoretical and technical support for improving the autonomy and intelligence of intelligent body systems such as multiple underwater vehicles in the marine environment.
多智能体系统的动态队形控制对于多个无人平台协同完成复杂任务至关重要,在海洋协同监测等领域具有重要意义。在GPS信号弱和视线受阻的环境中,直接持续感知智能体的位置信息存在挑战,这对在感知约束下动态队形和协同机制的设计提出了重大挑战。本项目围绕方位角感知反馈的多潜器协同控制三方面开展研究,在理论方法和关键技术方面取得了如下创新成果:.1.提出了领导-跟随结构的基于方位角的队形跟踪控制方法。与现有集成方法不同,本项目所提出的方法不需要对领导者和跟随者之间在全局坐标系中的相对方位角做任何假设,因为这些条件难以保证。仅在领导者上局部刻画条件,即要求领导者具有持续激励的线性和角速度,使得整个系统在所提出的集成方法下渐近稳定。通过适当设计领导者的轨迹和几何配置,确定了一个仿射矩阵,使得智能体之间的相对方位角能够持续激励,因为方位角的变化率与仿射矩阵向量的不同加权组合相关。.2.为处理自主潜器非线性动力学模型,针对执行器约束和未知干扰设计了基于自适应的多种控制策略,充分克服方位角非线性对动态编队造成的影响。此外,也考虑了领导者在全局固定框架下以时变且未知的线性速度运动的情况,通过应用级联系统理论,证明了在未知干扰存在的情况下,整体系统中误差的渐近收敛性。.3.进一步地,考虑感知-控制闭环优化及通信约束对其的影响。提出的最优增益调节方法,确定了估计器增益和控制器增益,使得在满足线性速度和执行器约束的同时,优化了期望的性能标准。从而保证了稳定性、最优性和可行性;并针对定向图强凸与平滑凸优化问题提出高效通信分布式优化算法。.项目研究成果包括 SCI 9篇,EI收录文章5篇,参与指导与本课题相关的博士生5名,硕士生2名。参与国际会议IEEE CDC 1次。
开放深海环境的多AUV自主感知与适应性编队协同机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    杨紫雯
  • 依托单位:
国内基金
海外基金