集群系統智能協同控制

董希旺，北京航空航天大學藍天傑出教授（二級崗教授），國家級領軍人才、工信部傑青、北京市傑青、國家優青，長期從事飛行器集群智能協同技術研究，理論與實踐並重，出版中英文專著5部，發表高水平SCl期刊論文100余篇，授權/受理國家發明專利80余項，獲中國自動化學會自然科學一等獎、中國指揮與控制學會技術發明一等獎等10余項。 化永朝，北京航空航天大學副教授，入選中國科協青年人才托舉工程、小米青年學者，主要研究方向包括無人集群智能協同控制、智能決策規劃等，出版中英文專著2部，發表高水平SCI期刊論文50余篇，獲吳文俊人工智能優秀青年獎、中國自動化學會自然科學一等獎等。 任章，北京航空航天大學教授，國家級領軍人才、俄羅斯外籍科學院院士，長期從事飛行器導航制導與控制方面的教學和科研工作，發表學術論文400余篇，出版中英文專著3部、教材2部，獲國家教學成果二等獎1項、北京市教學成果一等獎1項等。

 

 

目錄

第1章緒論

 

1.1研究背景及意義

 

1.2集群系統基本概念及典型特征

 

1.3支撐集群智能湧現的基礎理論與關鍵技術

 

1.4集群系統協同控制的典型方法

 

1.4.1基於領導者跟隨者的協同控制方法

 

1.4.2基於行為模式集的協同控制方法

 

1.4.3基於一致性的協同控制方法

 

1.5代表性協同控制問題

 

1.6本書內容安排

 

習題

 

參考文獻

 

第2章基礎知識

 

2.1圖論基礎知識

 

2.2矩陣理論相關概念

 

2.3線性系統理論相關知識

 

習題

 

參考文獻

 

第3章集群系統一致性控制

 

3.1一階集群系統一致性控制

 

3.1.1問題描述

 

3.1.2控制器設計

 

3.1.3收斂性分析

 

3.1.4仿真算例

 

3.2二階集群系統一致性控制

 

3.2.1問題描述

 

3.2.2收斂性分析

 

3.2.3仿真算例

 

3.3高階線性集群系統一致性控制

 

3.3.1問題描述

 

3.3.2一致性分析與協議設計

 

3.3.3仿真算例

 

習題

 

參考文獻

 

第4章集群系統編隊控制

 

4.1時變狀態編隊控制

 

4.1.1問題描述

 

4.1.2時變狀態編隊分析

 

4.1.3時變狀態編隊可行性分析及協議設計

 

4.1.4仿真算例

 

4.2拓撲切換條件下的時變狀態編隊控制

 

4.2.1問題描述

 

4.2.2時變狀態編隊分析

 

4.2.3時變狀態編隊控制協議設計

 

4.2.4仿真算例

 

4.3自適應時變狀態編隊控制

 

4.3.1無向拓撲下的自適應時變編隊控制問題描述

 

4.3.2無向拓撲下的自適應時變編隊控制器設計與收斂性分析

 

4.3.3無向拓撲下的自適應編隊控制仿真算例

 

4.3.4有向拓撲條件下的自適應時變編隊控制器設計與收斂性分析

 

4.3.5有向拓撲條件下的自適應編隊控制仿真算例

 

4.4無人機集群時變編隊控制應用

 

4.4.1問題描述

 

4.4.2無人機時變編隊分析及協議設計

 

4.4.3四旋翼無人機編隊平臺介紹

 

4.4.4基於四旋翼無人機平臺的時變編隊仿真及實驗驗證

 

習題

 

參考文獻

 

第5章集群系統編隊跟蹤控制

 

5.1時變編隊跟蹤控制

 

5.1.1問題描述

 

5.1.2時變編隊跟蹤可行性條件分析

 

5.1.3時變編隊控制協議設計

 

5.1.4仿真算例

 

5.2領導者具有未知輸入的編隊跟蹤控制

 

5.2.1問題描述

 

5.2.2自適應時變狀態編隊跟蹤控制器設計

 

5.2.3仿真算例

 

5.3無人機集群編隊跟蹤控制應用

 

5.3.1問題描述

 

5.3.2無人機集群時變編隊跟蹤可行性條件分析

 

5.3.3時變編隊跟蹤控制器設計

 

5.3.4四旋翼無人機編隊跟蹤仿真及實驗驗證

 

習題

 

參考文獻

 

第6章集群系統編隊合圍控制

 

6.1合圍控制

 

6.1.1問題描述

 

6.1.2合圍控制協議設計與分析

 

6.1.3基於狀態反饋的合圍控制器設計

 

6.1.4仿真算例

 

6.2狀態編隊合圍控制

 

6.2.1問題描述

 

6.2.2問題轉化及初步結果

 

6.2.3狀態編隊合圍分析及協議設計

 

6.2.4仿真算例

 

6.3無人機集群編隊合圍控制應用

 

6.3.1問題描述 

 

6.3.2無人機編隊合圍分析與協議設計

 

6.3.3四旋翼無人機編隊合圍平臺介紹

 

6.3.4基於四旋翼無人機平臺的編隊合圍仿真及實驗驗證

 

習題

 

參考文獻

 

第7章異構集群系統協同控制

 

7.1異構集群輸出一致性控制

 

7.1.1問題描述

 

7.1.2一致性控制協議設計與分析

 

7.1.3仿真算例

 

7.2異構集群協同輸出調節控制

 

7.2.1問題描述

 

7.2.2協同輸出調節控制協議設計與分析

 

7.2.3仿真算例

 

7.3異構集群時變編隊跟蹤控制

 

7.3.1問題描述

 

7.3.2針對多個異構領導者的分布式觀測器設計

 

7.3.3調節器方程有限時間自適應求解

 

7.3.4時變輸出編隊跟蹤控制器設計與收斂性分析

 

7.3.5仿真算例

 

7.4無人機無人車異構集群編隊跟蹤控制應用

 

7.4.1無人機與無人車控制模型建立

 

7.4.2無人機與無人車異構編隊建模

 

7.4.3異構集群時變編隊控制器設計

 

7.4.4仿真算例

 

7.4.5軟件在環仿真實驗

 

7.4.6協同搜索實物實驗

 

習題

 

參考文獻

 

第8章集群系統分布式優化

 

8.1基於比例積分控制的分布式優化

 

8.1.1問題描述

 

8.1.2連續時間分布式優化算法

 

8.1.3離散通信條件下分布式優化算法

 

8.1.4仿真算例 

 

8.2基於零梯度和算法的分布式優化

 

8.2.1問題描述

 

8.2.2算法可行性條件分析

 

8.2.3零梯度和分布式優化算法

 

8.2.4分布式固定時間優化算法

 

8.2.5仿真算例

 

8.3基於符號函數的分布式時變優化

 

8.3.1問題描述

 

8.3.2集中式時變凸優化算法

 

8.3.3基於鄰居信息的分布式時變優化算法

 

8.3.4基於估計器的分布式時變優化算法

 

8.3.5仿真算例

 

習題

 

參考文獻

 

第9章集群系統分布式博弈

 

9.1一階集群系統分布式納什均衡搜索

 

9.1.1問題建模

 

9.1.2分布式納什均衡搜索策略設計

 

9.1.3針對非二次型目標函數的分布式博弈

 

9.1.4針對二次型目標函數的分布式博弈

 

9.1.5仿真算例

 

9.2二階集群系統分布式納什均衡搜索

 

9.2.1問題建模

 

9.2.2基於觀測器的分布式納什均衡搜索

 

9.2.3基於濾波器的分布式納什均衡搜索

 

9.2.4仿真算例

 

9.3多聯盟博弈納什均衡搜索

 

9.3.1問題描述

 

9.3.2多聯盟非合作博弈納什均衡搜索策略

 

9.3.3多聯盟非合作博弈納什均衡搜索策略收斂性分析

 

9.3.4仿真算例

 

習題

 

參考文獻

 

第10章集群系統強化學習最優控制

 

10.1基於強化學習的單體最優控制

 

10.1.1問題描述

 

10.1.2策略疊代

 

10.1.3值函數近似

 

10.1.4評價神經網絡的調整和收斂

 

10.1.5執行和評價神經網絡在線同步策略疊代

 

10.1.6仿真算例

 

10.2基於強化學習的一致性最優控制

 

10.2.1問題描述

 

10.2.2基於圖的多智能體合作博弈

 

10.2.3多智能體合作博弈的策略疊代算法

 

10.2.4基於神經網絡的多智能體合作博弈在線求解

 

10.2.5仿真算例

 

10.3基於強化學習的編隊合圍跟蹤最優控制

 

10.3.1問題描述

 

10.3.2編隊合圍跟蹤最優控制器設計及分析

 

10.3.3仿真算例

 

習題

 

參考文獻