基于混雜動態(tài)的多機器人系統(tǒng)的一致性分析與設(shè)計.pdf

1、近些年，多機器人系統(tǒng)的一致性問題引起了許多研究人員的極大興趣。所謂一致性是指基于信息交換的多機器人如何達(dá)到相同的狀態(tài)。在控制領(lǐng)域中，多機器人系統(tǒng)一致性問題是協(xié)調(diào)控制的重要問題之一。隨著網(wǎng)絡(luò)通信能力的提高，網(wǎng)絡(luò)共享資源不斷豐富，越來越多的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式被應(yīng)用到多機器人系統(tǒng)的通信中。實際的通信系統(tǒng)中不可避免地存在環(huán)境噪聲，再者由于網(wǎng)絡(luò)的引入帶來了時延、數(shù)據(jù)丟包等通信約束問題，這使得網(wǎng)絡(luò)多機器人系統(tǒng)的分析和設(shè)計變得非常復(fù)雜。為克服隨機時延、數(shù)據(jù)

2、丟包和環(huán)境噪聲對多機器人系統(tǒng)一致性的影響，本文運用混雜動態(tài)系統(tǒng)理論、代數(shù)圖論、矩陣?yán)碚?、穩(wěn)定性理論、魯棒H∞控制理論，重點研究了同時存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)的一致性問題。本文的主要工作如下:
　　(1)基于異步動態(tài)系統(tǒng)的方法，對固定通信拓?fù)湎峦瑫r存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進(jìn)行一致性分析與設(shè)計。將同時存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)建模為異步動態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)穩(wěn)定性理論與魯棒控制理

3、論，構(gòu)造合適的Lyapunov函數(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析;利用線性矩陣不等式（Linear Matrix Inequality, LMI）方法，求得使系統(tǒng)魯棒指數(shù)穩(wěn)定的控制器參數(shù)以及使得系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定的最大容許時延。在這一部分也給出了系統(tǒng)魯棒指數(shù)穩(wěn)定的容許數(shù)據(jù)丟包率與開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
　　(2)基于異步動態(tài)系統(tǒng)的方法，對固定通信拓?fù)湎峦瑫r存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在TrueTime環(huán)境下搭建了固定

4、通信拓?fù)湎露鄼C器人系統(tǒng)的仿真模型，仿真了在所設(shè)計的控制算法的作用下系統(tǒng)狀態(tài)的變化情況，還分析了時延、丟包和環(huán)境噪聲對多機器人系統(tǒng)一致性的影響，驗證了(1)中的理論結(jié)果的正確性和有效性。
　　(3)基于切換系統(tǒng)的方法，對動態(tài)通信拓?fù)湎峦瑫r存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進(jìn)行一致性分析與設(shè)計。將同時存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)建模為切換系統(tǒng)，利用多Lyapunov函數(shù)和線性矩陣不等式方法，給出了任意切換

5、條件下系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定的充分性條件，求得使系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定的控制器參數(shù)。通過構(gòu)造合適的Lyapunov-Krasovskii泛函，利用MATLAB中的LMI工具箱，求得使切換系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定的最大容許時延。
　　(4)基于切換系統(tǒng)的方法，對動態(tài)通信拓?fù)湎峦瑫r存在隨機時延、數(shù)據(jù)丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在TrueTime環(huán)境下搭建了動態(tài)通信拓?fù)湎露鄼C器人系統(tǒng)的仿真模型，仿真了在所設(shè)計的控制算法的作用下系統(tǒng)狀態(tài)的變化情況，