【摘要】：大規(guī)模多自主體系統(tǒng)描述的是自然界中智能群體集體行為的協(xié)同。宏觀上,該系統(tǒng)具有明顯的“流體”特征,其時空演化可建模為分布參數(shù)系統(tǒng)。因而,基于分布參數(shù)系統(tǒng)模型的大規(guī)模多自主體系統(tǒng)可稱之為分布參數(shù)多自主體系統(tǒng)。由于其在多機器人協(xié)同、移動傳感器監(jiān)測、大規(guī)模人群疏散等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,已逐漸成為多自主體系統(tǒng)研究領(lǐng)域的熱點,具有重要的科學意義和應(yīng)用價值。本文主要研究了分布參數(shù)系統(tǒng)、分布參數(shù)多自主體系統(tǒng)及其應(yīng)用于移動傳感器網(wǎng)絡(luò)三個方面的協(xié)同控制問題,主要工作如下:1.研究了非線性分布參數(shù)系統(tǒng)在隨機測量數(shù)據(jù)丟失、執(zhí)行器飽和及參數(shù)依賴某Markovian鏈三種情形下的控制問題。利用Lyapunov直接法,結(jié)合算子理論獲得了隨機非線性分布參數(shù)系統(tǒng)穩(wěn)定的線性算子不等式判據(jù),且在零初始條件下滿足規(guī)定的H∞性能。若考慮系統(tǒng)通過移動傳感器測量,則系統(tǒng)的穩(wěn)定性還將依賴于移動傳感器的速度控制律。若考慮系統(tǒng)通過固定傳感器測量,則系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件可以表達為線性矩陣不等式形式。數(shù)值例子的仿真表明了判據(jù)的有效性。2.討論了隨機分布參數(shù)系統(tǒng)在非線性函數(shù)含依賴某Markovian鏈的時滯和移動傳感器隨機飽和情形下的采樣控制問題。設(shè)計時間、空間同時采樣的控制器,利用輸入時滯法,結(jié)合矩陣不等式技術(shù),構(gòu)建數(shù)學上新穎的Lyapunov函數(shù),證明了固定測量時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過移動測量,結(jié)合算子理論,并設(shè)計空間采樣控制器,則分布參數(shù)系統(tǒng)能夠更快達到穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明,移動傳感器測量將有效地提高系統(tǒng)控制的性能。3.解決了分布參數(shù)系統(tǒng)中多隨機數(shù)據(jù)丟失情形下的分布式H∞一致性濾波問題。通過設(shè)計分布式H∞一致性濾波器,利用Lyapunov方法,借助算子半群和隨機分析,證明了無擾動時濾波誤差系統(tǒng)是均方全局漸近穩(wěn)定的,零初始條件下系統(tǒng)滿足H∞一致性性能,并且獲得了移動傳感器運動的速度控制律。數(shù)值仿真說明移動測量有效提升了濾波器性能。4.提出了分布參數(shù)多自主體系統(tǒng)的新框架,以此研究大規(guī)模多自主體系統(tǒng)的一致性控制問題。針對熱方程模型,設(shè)計邊界非光滑控制器,實現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)者的引領(lǐng)下分布參數(shù)多自主體系統(tǒng)的有限時間一致性。針對參數(shù)依賴某Markovian鏈的反應(yīng)對流擴散方程模型,多自主體系統(tǒng)在實用穩(wěn)定性框架下有限時間有界地完成編隊,且隨系統(tǒng)參數(shù)的跳變實現(xiàn)隊形切換。針對半線性擴散方程模型,設(shè)計動態(tài)邊界控制器,實現(xiàn)大規(guī)模移動自主體多種形態(tài)的編隊。仿真表明,基于一致性的分布參數(shù)多自主體系統(tǒng)的編隊控制效果良好。5.探索了不確定分布參數(shù)移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的一致性動力學問題。利用算子半群方法,通過設(shè)計基于觀測器的事件觸發(fā)輸出反饋控制策略,獲得了含外界擾動和測量噪聲的大規(guī)模移動傳感器網(wǎng)絡(luò)全局一致最終有界的條件。對于含邊界擾動的大規(guī)模移動傳感器網(wǎng)絡(luò),通過設(shè)計邊界控制律,獲得了系統(tǒng)穩(wěn)定編隊的條件。數(shù)值仿真例子說明大規(guī)模移動傳感器的隊形部署形態(tài)多樣。
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【學位授予單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP273

【參考文獻】

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本文編號：2367244