动态环境下的无人系统先进控制理论及自主协作策略研究
批准号:
61933012
项目类别:
重点项目
资助金额:
301.0 万元
负责人:
宋永端
依托单位:
学科分类:
机器人学与智能系统
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋永端
中文摘要
先进容错及协同控制是无人系统安全可靠运行的基础和关键,更是当前研究热点及难点。本项目旨在研究动态约束下无人系统的自适应容错控制与自主协作问题,主要研究内容包括:1)状态及性能约束的解析描述;2)多重约束条件下无人系统可靠协作及安全的控制理论及方法的建立与推广;3)控制理论及协作策略的实际应用效果分析与验证。本项目的新颖及创新点在于:将动态环境约束融入协作与控制设计中,将避障、防撞、容错等安全问题巧妙转化成动态非对称约束控制及自适应容错控制问题,通过构造状态约束函数和新颖坐标变换,突破传统状态约束控制方法的“可行性条件”完整解决控制的可靠性及可行性问题;通过主动安全控制实现有效避障,提出的性能约束算法不仅可确保预定性能指标,而且可实现系统的全局稳定。这种独辟蹊径的研究思路和科学尝试,可望取得系列突破性成果,对丰富无人系统的安全与控制理论具有重要意义。
英文摘要
Advanced cooperative and fault-tolerant control — the fundamental and key enabling technologies for safe and reliable operation of unmanned systems — are the focus and nodus of current research. This project aims at investigating adaptive fault-tolerant control and autonomous collaboration of unmanned systems under dynamic constraints, the main research tasks include: 1) analytical description of state and performance constraints; 2) establishment and extension of reliable cooperation strategies and safety control methodologies for unmanned systems under multiple constraints; 3) evaluation and validation of the developed control theory and cooperative strategy through real-time experiment on testbed available in the lab. The novelty and innovation of this project lies in: by incorporating dynamic environmental constraints into control design, the critical technical barriers and challenges such as obstacle/collision avoidance and fault tolerance are skillfully transformed into designing fault-tolerant control schemes for the systems under dynamic asymmetric constraints, which is accomplished by constructing the state constraint function and novel coordinate transformation, where the problem of safety and reliability of the system is completely solved without the need for "feasibility condition" that is normally imposed on the virtual controllers. The salient feature of the proposed method also lies in its ability to ensure prescribed performance for the system, while maintain global stability and avoiding possible collision. Significant breakthroughs are expected to make during this project, resulting in series of high quality technical publications, enriching the field of safe and reliable control of unmanned systems.
本项目旨在研究动态约束下无人系统的自适应容错控制与自主协作问题,主要研究内容包括:1) 状态及性能约束的解析描述;2) 多重约束条件下无人系统可靠协作及安全的控制理论及方法的建立与推广;3) 控制理论及协作策略的实际应用效果分析与验证。经过5年的研究,项目团队在无人系统先进控制理论及自主协作策略研究方面取得了一系列创新性成果,相关成果均发表在控制领域顶级期刊上。依托该项目共发表SCI期刊论文73篇,其中控制领域顶刊TAC 14篇,Automatica 5 篇,其他IEEE Trans.系列文章38篇,出版学术专著4部,申请/授权25项专利,其中9项美国专利获得授权。这对丰富和完善无人系统先进控制理论内涵具有重要意义,同时在包括国防、工业、民生等领域有广泛应用前景。依托该项目,项目负责人宋永端于2020年当选IEEE Fellow;2020年当选中国自动化学会会士,2020/2022/2023年入选Highly Cited Researcher;2021年获得CAA 自动化与人工智能创新团队奖领衔专家;2021年度中国工程院外籍院士有效候选人;因在神经网络方面的贡献,2021年当选国际顶级期刊IEEE TNNLS主编(首位中国学者当选);2020-2024年期间6次分别获国家级学会(中国自动化学会、中国电子学会)及重庆市优秀博士论文指导教师奖。依托该项目,培养国家级青年人才1位(赵凯)。
神经网络驱动的控制系统功效性及可靠性研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:160万元
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批准年份:2022
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负责人:宋永端
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依托单位:
不定理想轨迹下的跟踪控制问题
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批准号:61773081
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项目类别:面上项目
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资助金额:64.0万元
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批准年份:2017
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负责人:宋永端
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依托单位:
国内基金
海外基金