基于混雜動態(tài)的多機器人系統(tǒng)的一致性分析與設計.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到相同的狀態(tài)。在控制領域中，多機器人系統(tǒng)一致性問題是協(xié)調控制的重要問題之一。隨著網絡通信能力的提高，網絡共享資源不斷豐富，越來越多的網絡傳輸方式被應用到多機器人系統(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，再者由于網絡的引入帶來了時延、數據丟包等通信約束問題，這使得網絡多機器人系統(tǒng)的分析和設計變得非常復雜。為克服隨機時延、數據

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、代數圖論、矩陣理論、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、數據丟包和環(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，對固定通信拓撲下同時存在隨機時延、數據丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進行一致性分析與設計。將同時存在隨機時延、數據丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)建模為異步動態(tài)系統(tǒng)。根據穩(wěn)定性理論與魯棒控制理

3、論，構造合適的Lyapunov函數對系統(tǒng)進行穩(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)魯棒指數穩(wěn)定的控制器參數以及使得系統(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)魯棒指數穩(wěn)定的容許數據丟包率與開環(huán)系統(tǒng)結構的關系。
　　(2)基于異步動態(tài)系統(tǒng)的方法，對固定通信拓撲下同時存在隨機時延、數據丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進行仿真。在TrueTime環(huán)境下搭建了固定

4、通信拓撲下多機器人系統(tǒng)的仿真模型，仿真了在所設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)通信拓撲下同時存在隨機時延、數據丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進行一致性分析與設計。將同時存在隨機時延、數據丟包和環(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。通過構造合適的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)通信拓撲下同時存在隨機時延、數據丟包和環(huán)境噪聲的多機器人系統(tǒng)進行仿真。在TrueTime環(huán)境下搭建了動態(tài)通信拓撲下多機器人系統(tǒng)的仿真模型，仿真了在所設計的控制算法的作用下系統(tǒng)狀態(tài)的變化情況，