摘 要:近年来，多运载体系统的一致性协议与编队控制问题成为了当前系统与控制界的热点研究方向之一. 本文针对传统的积分器类型的多运载体系统和具有一般线性动力学的多运载体系统的一致性协议和编队控制问题进行了理论研究与实例仿真. 通过对代数图论及矩阵论等理论工具介绍后，具体的研究工作及成果为如下几个方面：

1. 针对积分器类型的多运载体系统，介绍了一阶和二阶多运载体系统的静态一致性协议，研究了代数连通度与一致性收敛速度的关系后，给出了一种基于状态观测器的一致性协议，证明了具有状态观测器的一致性协议收敛速度的快速性，并通过实例仿真验证了引入状态观测器后可提高一致性收敛速度. 最后，将具有状态观测器的一致性协议运用到编队控制的构形与队形保持中，实例仿真验证了一致性协议的正确性和编队构形控制的可行性.

2. 针对实际应用中无法用积分器模型来描述的物理对象，介绍了具有一般线性动力学的多运载体系统描述方法. 给出了一种依赖于多运载体之间相对输出信息的观测器类型的动态一致性协议，分析了一致性区域的概念及其求解方法，通过实例仿真验证了具有一般线性动力学的描述方法在多运载体系统一致性问题的可行性. 最后，分析了具有一般线性动力学的多运载体系统编队控制的队形变换与保持问题，通过实例仿真说明了其可行性.

3. 针对一般线性动力学的多运载体系统的有界一致性区域对无法适应通信拓扑结构变化的问题，首先通过分析静态一致性协议的一致性区域，证明了静态一致性协议的无界一致性区域的设计算法，实例仿真说明了其正确性. 进而，给出了一致性区域无穷大的动态一致性协议的设计算法，并通过实例仿真验证了算法的正确性. 最后，在保证一致性区域无穷大和系统稳定性的情况下，给出了一种可提高一致性收敛速度的算法，实例仿真验证了算法可提高一致性收敛速度. 至此，具有一般线性动力学的多运载体系统对于动态通信拓扑结构可实现其一致性编队控制问题.

关键词：多运载体系统；积分器类型；编队控制；一致性协议；一致性区域

 

目录

摘要

abstract

第1章 绪论-1

1.1课题的背景及研究意义-1

1.2国内外的研究现状-1

1.3预备知识-2

1.3.1 Kronecker 积-2

1.3.2图论的基本概念及Laplacian矩阵-3

1.4本文的主要内容及结构安排-4

第2章 积分器类型的多运载体系统一致性与编队控制-5

2.1引言-5

2.2一致性问题收敛速度的分析-5

2.3基于一种状态观测器的一阶多运载体系统的一致性研究-6

2.3.1 一致性算法研究-6

2.3.2实例与仿真-7

2.4 基于一种状态观测器的二阶多运载体系统的一致性研究-8

2.4.1一致性算法研究-8

2.4.2实例与仿真-10

2.5二阶多运载体系统的编队控制研究-11

2.5.1问题描述-11

2.5.2编队构形控制器的研究与设计-11

2.5.3实例与仿真-12

2.6 本章小结-14

第3章 线性动力学的多运载体系统一致性与编队控制-15

3.1引言-15

3.2基于观测器类型的动态一致性协议-15

3.2.1动态一致性协议设计-15

3.2.2一致性区域的研究与分析-16

3.2.3实例与仿真-17

3.3基于线性动力学的编队控制构形研究-20

3.3.1编队控制构形概述-20

3.3.2实例与仿真-20

3.4本章小结-22

第4章 线性动力学的多运载体系统动态一致性协议的设计-23

4.1 问题描述-23

4.2一致性区域无穷大的静态一致性协议的设计-24

4.2.1静态一致性协议的设计-24

4.2.2实例与仿真-26

4.3一致性区域无穷大的动态一致性协议设计-26

4.3.1动态一致性协议的设计-26

4.3.2实例与仿真-27

4.4一致性协议收敛速度的分析与设计-27

4.4.1算法设计-27

4.4.2实例与仿真-28

4.5本章小结-29

第5章 结论与展望-31

5.1本文的研究工作-31

5.2不足之处及未来展望-31

参考文献-33

致  谢-37