面向一致性的多机器人协同控制算法研究

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目前,多智能体协同控制由其快速发展已在在各个领域得到了应用,其中最典型的是多机器人的分布式协同控制。在协同控制研究中,其核心问题是一致性算法的研究,并且其作为协同控制的理论基础在复杂系统领域得到了深入讨论。本文基于一致性算法研究了多机器人系统中的位置协同控制问题,并且从通信拓扑图、通信时延、状态约束等几个方面对多机器人的一致性以及旋转一致性进行理论分析与论证,最后通过数值仿真对提出的控制策略及其理论结果进行验证。针对速度受约束的二阶多机器人系统,本人提出了一种适用于动态拓扑通信以及网络时延的一致性算法,并且采用一种约束函数将各个智能体的速度约束在一个非凸集合内,最后通过多重模型转换,非负矩阵法等找到了系统一致时的充分条件。针对控制输入受约束的多机器人系统,从各个个体的动态特性出发,分别研究了二阶连续,异构离散以及高阶异构连续三种情况下多机器人系统的一致性问题。对于连续系统,主要是将系统矩阵转换成Metzler矩阵来获得系统达到一致性的条件,对于离散系统,利用辅助矩阵进行模型转换使得系统矩阵为随机矩阵,并且通过随机矩阵特性来证明系统的稳定性。从多机器人的实际应用出发,本文研究了多机器人系统在二维平面下的旋转一致性问题,根据智能个体是否具有速度传感器,创新的设计了有速度测量的控制协议以及无速度测量的控制协议,并通过分析特征方程的特征根来判定系统是赫尔维茨稳定的。本文基于已有研究,分别创新性的研究了控制输入受约束的高阶异构连续多机器人的一致性问题以及异构离散多机器人的一致性问题,并分别采用不同的方法及思路成功的解决了这两大难题。此外针对旋转一致性问题,提出了新的控制策略,并分析了系统的稳定性。
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