شماره راهنما :
1860 دكتري
عنوان :
كنترل مشاركتي زمان محدود كلاسي از سيستم هاي چندعاملي غيرخطي در حضور اغتشاش
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده، 115 ص، مصور، جدول، نمودار
استاد مشاور :
محمد دانش، فريد شيخ الاسلام
توصيفگر ها :
سيستم هاي چندعاملي , كنترل اجماع , پايداري زمان محدود , كنترل لغزشي , هدايت مشاركتي
استاد داور :
محمد حائري، جواد عسگري، مرضيه كمالي، مجدالدين نجفي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/11/11
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/11/11
چكيده فارسي :
ره‌گيري يا تعقيب يك هدف، از حيث كاربردي و نظري جايگاه ويژه‌اي در طراحي سيستم‌هاي كنترل دارا است. اين موضوع زماني كه با به‌كارگيري گروهي از تعقيب‌كنندگان انجام پذيرد، افزايش احتمال موفقيت ماموريت ره‌گيري را به همراه خواهد داشت. در ساختار ره‌گيري گروهي، تعدادي ره‌گير با به اشتراك‌گذاري اطلاعات محلي مبتني بر يك توپولوژي ارتباطي، به‌گونه‌اي با يكديگر مشاركت مي‌نمايند كه قادر باشند به‌صورت هماهنگ و با كمترين خطاي از دست‌دهي، هدف را تعقيب نمايند. طراحي پروتكل‌هاي كنترلي ره‌گيري و تعقيب در سيستم‌هاي چندعاملي مذكور كه در قالب مسئله اجماع نيز قابل بررسي است در مقايسه با سيستم‌هاي تك عاملي، با پيچيدگي‌هاي خاصي همراه مي‌باشد. اين موضوع دليلي بر ارائه طيف وسيعي از روش‌ها و قوانين كنترل اجماع در دهه اخير است. علي‌رغم آن‌كه قوانين متعدد اجماع، آرايش، حركت گروهي و ... براي انواع سيستم‌هاي كنترلي در بسياري از مراجع ارائه شده اند، بااين‌وجود هم‌چنان اين حوزه نيازمند تحقيقات گسترده‌تر مبتني بر فرضيات كاربردي‌تر مي‌باشد. افزايش سرعت همگرايي عامل‌ها، كاهش وابستگي و حساسيت همگرايي به توپولوژي ارتباطي و شرايط اوليه‌ي شبكه، حداقل سازي خطاي تعقيب در يك بازه زماني محدود، لحاظ نمودن رفتار غيرخطي و ديناميك‌هاي مرتبه‌هاي بالا و اهداف ديناميك يا داراي مانور و عدم دسترسي به همه حالت‌هاي سيستم، چالش‌هاي اساسي حاكم بر مسئله ره‌گيري گروهي يا اجماع هستند كه رفع و چاره‌جويي آن‌ها در قالب يك چهارچوب، مستلزم تحقيقات و ارزيابي‌هاي بيشتر است. بر اين مبنا، در اين رساله، با بهره‌گيري از مسئله اجماع در سيستم‌هاي چندعاملي، چهارچوبي جامع و گام به گام به منظور حل چالش‌هاي موضوع ره‌گيري چندعاملي، ارائه مي‌شود. در اين راستا، تئوري كنترل زمان محدود در سيستم‌هاي چندعاملي، به‌عنوان رهيافت اساسي در اين رساله مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در گام نخست با لحاظ نمودن مجموعه‌اي از سيستم‌هاي غيرخطي مرتبه دومِ داراي اغتشاش و با فرض ماهيت ديناميكي هدف يا عامل پيشرو، يك سطح لغزش پايان‌دارِ چندعاملي با ديناميك پايدار زمان محدود معرفي مي‌گردد. سطح لغزش پيشنهادي، علاوه بر رفع موضوع تكينگي متداول در سطوح لغزش پايان‌دار، وابستگي سرعت همگرايي به توپولوژي ارتباطي شبكه و شرايط اوليه عامل‌ها را نيز كاهش مي‌دهد. از سوي ديگر اثبات پايداري زمان محدود سطح لغزش معرفي شده، بر مبناي تركيب قضاياي لياپانوف و قضاياي همگني و بهره گيري از يك ساختار ديناميك همگن با مرتبه كوچك‌تر از صفر از ديگر نوآوري هاي رساله در اين گام است. در ادامه اين گام و مبتني بر تئوري كنترل لغزشي، ضمن طراحي كنترل‌كننده اجماع مناسب، پايداري زمان محدود سيستم چندعاملي حلقه بسته اثبات مي‌گردد. در گام دوم رساله، به‌منظور رفع پديده نوسانات ناخواسته سيگنال كنترل، با به‌كارگيري الگوريتم لغزشي فراپيچش، چالش مذكور رفع و پايداري زمان محدود ساختار حلقه بسته با پيشنهاد يك تابع لياپانوف براي سيستم‌هاي متغير با زمان ارزيابي و اثبات مي‌گردد. در گام سوم و با فرض عدم دسترسي به اطلاعات حسگر سرعت براي عامل‌ها و هدف، يك پروتكل اجماع مبتني بر مشاهده‌گر زمان محدود غيرخطي معرفي مي‌شود. پايداري زمان محدود كل سيستم چندعاملي حلقه بسته در حضور ديناميك مشاهده‌گر، اغتشاش عامل‌ها و ديناميك هدف، با به‌كارگيري قضاياي مبتني بر تئوري ژوبوف براي توابع لياپانوف صرفاُ پيوسته و نيز ارائه يك تابع لياپانوف بررسي و اثبات مي‌گردد. در اين گام، همگرايي خطاي تخمين مشاهده‌گر در يك زمان محدود و علي‌رغم وجود اغتشاش در سيستم و ديناميك‌هاي غيرخطي، در يك دامنه مشخص تضمين مي‌گردد. در گام چهارم اين رساله، بر مبناي نتايج حاصل، ساختار ارائه شده در گام‌هاي پيشين براي سيستم‌هاي چندعاملي مرتبه n تعميم داده مي‌شود و علاوه بر پيشنهاد سطح لغزش زمان محدود مرتبه n، پروتكل كنترل اجماع مربوطه نيز ارائه و پايداري زمان محدود سيستم چندعاملي مرتبه n در حالت حلقه بسته ارزيابي و اثبات مي‌گردد. در پايان و در گام پنجم، چهارچوب ارائه شده براي مسئله كنترل اجماع زمان محدود در قالب ديناميك مسئله هدايت مشاركتي براي مجموعه‌اي از عامل‌ها و يك هدف مانورپذير به كارگيري و قانون هدايت مشاركتي زمان محدود مربوطه معرفي مي‌گردد. در كليه گام‌هاي پنج گانه صورت گرفته، به منظور اعتبارسنجي و تشريح بازدهي و كيفيت چهارچوب پيشنهادي در مقايسه با روش‌هاي پيشين، نتايج مربوطه با استفاده از شبيه‌سازي در شرايط مختلف ارائه و صحت نتايج تاييد مي‌گردند.
چكيده انگليسي :
Interception or tracking a target has a highlight position in control system design. In case of using a group of trackers, the progress chance of tracking is increased, remarkably. In this case multiple agents based on local information sharing throughout a communication topology, coordinately track a target with minimum miss distance. Control protocol in this multi-agent system is considered as a consensus problem. Consensus control is more complicated and more challenging problem in comparison with single-agent tracking problem. This is the main reason of conduction the researches in the consensus control in recent years. Increasing the agents convergence rate, decreasing the dependency of convergence to the communication topology and initial states of the group, maximum minimization of tracking error in a desired bounded time, addressing the nonlinear and high order dynamics and solving the consensus problem despite of unmeasured states, are some of the challenging issues in this field, which are the main focus of this thesis. In this way, in this thesis finite time control theory is applied and extended for multi-agent systems and a comprehensive framework to solve the consensus problem is proposed. In the first step, a multi-agent finite time integral sliding surface is proposed. Based on this sliding surface the dependency of consensus rate to the communication topology and initial states of the agents is decreased. In addition, the finite time stability of the proposed surface is proved based on homogeneity theorem and homogeneous systems, which is one of the main contribution of this thesis. Based on this sliding surface, a novel finite time consensus protocol for second order nonlinear multi-agent systems is presented and the finite time stability of the closed loop multi-agent system is proved. In the second step, the chattering phenomena in sliding control is removed based on a proposed super twisted method. The finite time stability of closed loop multi-agent system is proved in spite of a smooth control signal. In the following step, for the case, in which some of the states are not accessible, a finite time observer is proposed and the finite time stability of the multi-agent closed loop system is proved. In the fourth step, results are extended for high order multi-agent dynamics and a high order finite time sliding surface and a high order finite time consensus control protocol are proposed. Finally, in the fifth step, the guidance problem as a practical issue for is addressed and a novel cooperative guidance protocol is presented. In all sections, to verify the results, simulation in various conditions are conducted and the effectiveness and superiority of the proposed methods in comparison with some of the previous works are presented.
استاد مشاور :
محمد دانش، فريد شيخ الاسلام
استاد داور :
محمد حائري، جواد عسگري، مرضيه كمالي، مجدالدين نجفي
