توصيفگر ها :
سيستم چندعاملي , مساله حركت گروهي , كنترل كراندار , نامعيني , كنترل كننده تطبيقي , تاخير متغير با زمان
چكيده فارسي :
مساله حركت گروهي، يكي از مسائل مورد بررسي در سيستمهاي چندعاملي ميباشد كه اطلاعات بين عاملها به صورت محلي در بستر توپولوژي ارتباطي، به اشتراك گذاشته شده و مشاركت بين عاملها جهت پيروي از رهبر گروه صورت ميپذيرد. پيروي كردن از رهبر گروه بايد به گونهاي انجام گيرد كه عاملها به سرعت همسان با سرعت رهبر گروه برسند و فاصله نسبي يكساني بين عاملها حفظ شود و در حين حركت گروهي، از برخورد بين عاملها جلوگيري به عمل آيد. دستيابي به اين اهداف، با استفاده از طراحي قانونهاي كنترلي توزيع شده جهت اعمال به عملگر هر عامل پيرو و توجه به محدوديتهاي عملي انجام ميشود. برخي از اين محدوديتهاي عملي عبارتند از: رفتار ديناميكي غيرخطي عاملها و تاثير ديناميكهاي مدل نشده، اشباع سيگنال ورودي كنترل عملگر جهت اعمال به كنترلكننده و تاخير در لينك انتقال اطلاعات. اين موارد، موجب كاهش كارآيي يا حتي بروز ناپايداري در رفتار مشاركتي عاملها منجر شود. از اين رو، پژوهشگران و محققان طي دهههاي اخير به طراحي كنترل كننده تطبيقي توزيعشده بين عاملها در حضور يك يا دو مورد از محدوديتهاي ياد شده پرداختهاند كه با وجود پژوهشهاي انجام شده تاكنون، همچنان نيازمند تحقيقات گسترده ميباشد. اين رساله، به بررسي همزمان هر سه محدوديت اشاره شده پرداخته است. بسياري از كاربردهاي عملي، به صورت همزمان با وقوع اين محدوديتها مواجه هستند كه براي مثال ميتوان به مساله كنترل مشاركتي در رباتهاي هوايي و يا رباتهاي خودمختار دريايي اشاره نمود. به اين منظور، قانون كنترل تطبيقي توزيع شده براي دستيابي به حركت گروهي در سيستمهاي چندعاملي ارائه شده است كه تبادل اطلاعات بين عاملها با وجود برخي ملاحظات واقعي از قبيل تاخير در لينك ارتباطي عاملها صورت گرفته است. پس از آن، پايداري سيستم جهت رسيدن به اهداف مساله بررسي شده است. زماني كه فاصله بين عاملها به حداكثر محدوده برد سنسور عاملها رسيده و يكي از لينكهاي ارتباطي در آستانه قطع شدگي قرار گيرد، سيگنال ورودي كنترل با اندازه دامنه بسيار بزرگي براي جلوگيري از قطع ارتباط توسط تابع پتانسيل ايجاد ميشود. در كاربردهاي عملي، اين دامنه بزرگ سيگنال ورودي كنترل قابل اعمال به عملگر عاملها نخواهد بود. از اينرو، در برخي تحقيقات، پيشنهاد تابع كنترل كراندار مورد توجه قرار گرفته است. در اين رساله، تابع پتانسيل كراندار پيشنهاد شده و پارامترهاي كنترل سيستم در حضور نامعيني ناشي از ديناميك غيرخطي مدل نشده عاملها، تخمين زده شده است. سپس قانون كنترل تطبيقي كراندار ورودي، با رويكرد توزيعشده ارائه شده است. كنترلكننده پيشنهادي، در حضور ديناميك غيرخطي عاملها و نامعيني مدل نشده، قادر به شكلدهي حركت گروهي مشاركتي توزيعشده بين عاملها بوده و از اشباع عملگرهاي هر عامل جلوگيري نموده است. كارآيي نتايج تحليلي با ارائه نتايج شبيهسازي عددي بررسي شده است.
چكيده انگليسي :
Flocking is one of the problems investigated in multi-agent systems, where information between agents is shared locally through communication network topology, and among agents occurs to follow the group leader. Following the group leader must be done in such a way that agents reach a consensus with the velocity of leader agent, maintain the same relative distance between them, and prevent collisions among agents during flocking. Achieving these goals is accomplished by designing a distributed control signal that is applied to the actuator of each follower agent under practical constraints. Some of these practical constraints include: the nonlinear dynamics of agents, their unmodeled dynamics, saturation of the input control signal applied to the controller, and time-varying communication delay. Each of these can lead to decreased efficiency or instability in the cooperative behavior of the multi-agent system. Therefore, one of the areas of interest in recent decades that has been investigated by some researchers is the design of robust adaptive control strategies in the presence of one or two of the mentioned limitations.
Despite the research conducted so far, there is still requires more research. In many practical applications, such as cooperative control in aerial robots or autonomous underwater vehicles, these limitations exist simultaneously. This thesis investigates all three mentioned limitations concurrently. To this end, a distributed robust adaptive control algorithm is presented, assuming that not only is the communication network non-ideal and disturbed, but also that the communication link includes time-varying delays. Then, the necessary condition for system stability is extracted while considering the aforementioned limitations.
Furthermore, from a practical perspective, it is important to consider the amplitude limitation of the input signal while preserving the connectivity of the communication graph. However, this aspect has not been addressed in most recent research. When the relative distance between agents reaches the maximum sensor range, unbounded values of control inputs are generated to prevent the failure of communication links. Clearly, this may not be applicable to the actuators of agents in practical applications. Therefore, a new potential function based on a barrier function is proposed, which aims to prevent collisions and maintain connectivity. Then, a bounded distributed control input using a hyperbolic function is proposed, and the upper bound of the communication link delay rate is computed. The Lyaponuv-Krasovski theory is used to prove the asymptotic stability of agents. Considering the limitation of input amplitude of each agent's actuator , the presented algorithms are able to form the cooperative control of follower agents and flocking is achieved. The effectiveness of analytical results has been verified by presenting numerical simulation results.
