具有执行器故障的多智能体系统容错一致性控制方法研究

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多智能体系统一致性控制已成为控制工程领域的一个热点研究方向，它在实际工程中有着广泛的应用。多智能体系统在运行中，一旦单个或多个智能体的执行器发生故障，就可能造成控制律不能被完整地执行，进而导致整体任务失败，因此研究多智能体系统的容错一致性控制问题尤为重要。本文分别以多机器人系统和多飞行器系统这两种常见多智能体系统为实际应用对象，着重研究了具有执行器故障的领航-跟随多智能系统的容错一致性问题。第一，阐明了课题的研究背景与意义，概述了一致性问题的研究现状，分别介绍了故障类型与表现形式，综述了多智能体系统的容错控制技术发展现状。搭建了多智能体系统容错控制实验仿真平台，据此分别对移动机器人和无人飞行器进行合理地数学建模。第二，研究了具有执行器加性故障的二阶非线性多智能体系统容错一致性问题，提出了一种基于滑模理论的容错一致性控制方法。首先，根据智能体之间的相对状态信息定义了一致性误差变量，推导并得到了一致性误差动态系统。据此，设计了基于一致性误差变量的滑模面，并证明该滑动模态的渐近稳定性。然后，设计了容错一致性滑模控制策略，并证明了该控制策略能够保证系统状态在有限时间内到达并保持在滑模面上。最后，通过多机器人系统仿真验证了所提容错控制方法的有效性。第三，研究了具有执行器部分失效故障的二阶非线性多智能体系统的容错一致性问题，提出了一种自适应滑模容错控制方法，在领航者具有控制输入的情况下能有效地处理跟随者执行器发生的部分失效故障。首先，针对一致性误差动态系统，设计了滑模面并证明了滑动模态的稳定性。其次，引入自适应方法估计故障的界值，并设计了滑模容错控制策略，证明了该控制策略能够保证系统的容错一致稳定性。最后，将所设计的方法应用于多机器人系统，仿真验证了该方法的合理性。最后，研究了同时存在执行器故障和外部扰动的一般多智能体系统的容错一致性问题，提出了一种基于分布式故障观测器的输出反馈容错控制方法。构造了一种分布式故障观测器，采用自适应算法估计故障值，推导并得到全局估计误差系统。基于获取的故障信息，并结合智能体之间的相对输出信息，设计了主动容错控制策略，有效降低了容错算法的复杂程度，提高了容错控制的能力。最后将所提出的方法应用于多飞行器系统，通过仿真对比验证了该方法的有效性和优越性。

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作者
马犇;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科工程
授予学位硕士
导师姓名杨蒲;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类计算技术、计算机技术;自动化技术及设备;
关键词
执行器故障; 多智能体; 系统容错; 一致性控制;

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