群集運(yùn)動(dòng)控制及其相關(guān)特性的研究.pdf

1、近年來(lái)，分布式大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化群體系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題逐漸成為國(guó)內(nèi)外智能系統(tǒng)理論界研究的熱點(diǎn)。這源于自然界中廣泛存在的群體現(xiàn)象，大規(guī)模群體系統(tǒng)不僅可以描述和解釋大多數(shù)生物群體的群體協(xié)調(diào)行為和自組織現(xiàn)象，而且在工程上具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，研究大規(guī)模群體系統(tǒng)的理論與應(yīng)用具有重大的意義。
　　 本論文在前人的研究基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有生物群體行為的涌現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行深入理解，研究分析群體系統(tǒng)群集行為以及與之相關(guān)的動(dòng)態(tài)特性問(wèn)題。
　　 首先綜述

2、了大規(guī)模群體系統(tǒng)的發(fā)展歷程，以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外關(guān)于群集行為建模與控制方法的理論研究和應(yīng)用研究的現(xiàn)狀。然后采用人工勢(shì)能結(jié)合速度一致的策略，提出了一類帶虛擬領(lǐng)航者的自適應(yīng)的群集運(yùn)動(dòng)控制模型并分析了固定/切換兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，討論了群體系統(tǒng)中局部外界環(huán)境和個(gè)體自身內(nèi)部因素對(duì)群集行為的影響。
　　 隨后，在此基礎(chǔ)上，將該問(wèn)題推廣到有障礙物空間，探討了全局環(huán)境未知且存在靜態(tài)障礙物的情況下群集運(yùn)動(dòng)控制與避障問(wèn)題；并將個(gè)體擴(kuò)展為具有記憶

3、能力的智能個(gè)體，提出了一類基于記憶能力的大規(guī)模智能群體群集運(yùn)動(dòng)和避障控制策略，使群體能安全地穿過(guò)障礙區(qū)。
　　 群體對(duì)應(yīng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為連通圖是系統(tǒng)收斂必要條件；本文對(duì)連通性控制問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，分析了連通性保持的實(shí)質(zhì)；針對(duì)任意初始狀態(tài)的群體系統(tǒng)提出了兩種連通性控制策略；并采用相應(yīng)的策略分別在系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的初始鄰接圖連通和不連通的兩種條件下實(shí)現(xiàn)了連通性保持和群集運(yùn)動(dòng)控制，從而擴(kuò)寬放松群集運(yùn)動(dòng)收斂的條件。
　　 時(shí)延是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中

4、普遍存在的現(xiàn)象；本文以跟蹤動(dòng)態(tài)的領(lǐng)航者的群集現(xiàn)象為研究對(duì)象，研究分析了帶時(shí)延的群集運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性問(wèn)題。首先采用了時(shí)域和頻域穩(wěn)定性分析方法分析了固定時(shí)延和時(shí)變時(shí)延系統(tǒng)的穩(wěn)定性，得出了帶相同時(shí)延的群體系統(tǒng)收斂的條件。然后，采用頻域法分析帶多時(shí)延的群體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該方法不要求時(shí)延的導(dǎo)數(shù)已知，從而放松拓寬了以往研究的限制條件；得出了系統(tǒng)按衰減度為0＞α的指數(shù)穩(wěn)定的條件；并采用線性矩陣不等式方法（LMI）進(jìn)一步探討了帶參數(shù)擾動(dòng)的多時(shí)延的群集系

5、統(tǒng)，得出了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。最后，通過(guò)Lyapunov方法分析估計(jì)系統(tǒng)的跟蹤誤差，探討了時(shí)延對(duì)系統(tǒng)性能（跟蹤誤差）的影響。
　　 反饋機(jī)制是提高系統(tǒng)性能的有效方法；本文采用兩種策略將反饋機(jī)制引入到有領(lǐng)航者的群集運(yùn)動(dòng)控制中，分析了該策略的魯棒性以及容錯(cuò)性。模型中領(lǐng)航者按事先確定的軌跡運(yùn)行，同時(shí)領(lǐng)航者需根據(jù)跟隨者的狀態(tài)信息自適應(yīng)的調(diào)節(jié)自身的運(yùn)行跟蹤軌跡。研究分析表明該策略具有容錯(cuò)性，且減小了系統(tǒng)的跟蹤誤差，提高了系統(tǒng)的魯棒性。