多航行體協(xié)同控制中的分布式一致性：理論與應用

第1章　協(xié)同控制中一致性算法概述 1
1．1　引言 1
1．2 文獻綜述：一致性算法 5
1．2．1 基本一致性算法 5
1．2．2 一致性算法的收斂性分析 8
1．2．3 一致性算法的設(shè)計與擴展 15
1．2．4 基于一致性算法的協(xié)作策略設(shè)計 18
1．3 本書概況 21
1．4 注釋 23
致謝 23
第2章　關(guān)于單積分動力系統(tǒng)的一致性算法 24
2．1　基本算法 24
2．2　時不變通信拓撲下的一致性 27
2．2．1　采用連續(xù)時間算法的一致性 27
2．2．2　采用離散時間算法的一致性 40
2．3　時變通信拓撲下的一致性 43
2．3．1　采用連續(xù)時間算法的一致性 47
2．3．2　采用離散時間算法的一致性 51
2．3．3　仿真結(jié)果 53
2．4　注釋 55
致謝 56
第3章　關(guān)于基準狀態(tài)的一致性跟蹤 57
3．1　問題描述 57
3．2　時不變一致基準狀態(tài) 58
3．3　時變一致基準狀態(tài) 61
3．3．1　基本的一致性跟蹤算法 63
3．3．2　關(guān)于有界控制輸入的一致性跟蹤算法 70
3．3．3　一致基準狀態(tài)的信息反饋 72
3．4　基于相對狀態(tài)偏差的擴展 74
3．5　注釋 75
致謝 76
第4章　關(guān)于雙積分動力系統(tǒng)的一致性算法 77
4．1　一致性算法 77
4．1．1　時不變通信拓撲下的收斂性分析 79
4．1．2　切換通信拓撲下的收斂性分析 91
4．2　具有有界控制輸入的一致性 97
4．3　無相對狀態(tài)導數(shù)量測的一致性 101
4．4　注釋 104
致謝 104
第5章 擴展到基準模型的雙積分一致性算法 106
5．1 問題描述 106
5．2 具有信息狀態(tài)導數(shù)基準模型的一致性 107
5．2．1 鄰里航行體之間的信息狀態(tài)導數(shù)相互耦合時的一致性 108
5．2．2 鄰里航行體之間的信息狀態(tài)導數(shù)沒有耦合時的一致性 111
5．3 具有信息狀態(tài)基準模型和信息狀態(tài)導數(shù)基準模型的 一致性 113
5．3．1 所有航行體均可獲知基準模型 113
5．3．2 領(lǐng)航-跟隨策略 115
5．3．3 一般情況 116
5．4 注釋 121
致謝 121
第6章 關(guān)于剛體姿態(tài)動力系統(tǒng)的一致性算法 122
6．1 問題描述 122
6．2 姿態(tài)一致性與最終角速度為零的情況 123
6．3 沒有絕對和相對角速度量測的姿態(tài)一致性 128
6．4 姿態(tài)一致性與最終角速度非零的情況 130
6．5 仿真結(jié)果 131
6．6 注釋 139
致謝 139
第7章 相對姿態(tài)保持與基準姿態(tài)跟蹤 141
7．1 相對姿態(tài)保持 141
7．1．1 時不變相對姿態(tài)與最終角速度為0 141
7．1．2 時變相對姿態(tài)和時變角速度 142
7．2 基準姿態(tài)跟蹤 143
7．2．1 剛體姿態(tài)由歐拉參數(shù)表示的基準姿態(tài)跟蹤 143
7．2．2 剛體姿態(tài)由修正Rodriguez參數(shù)表示的基準姿態(tài)跟蹤 149
7．3 仿真結(jié)果 151
7．4 注釋 154
致謝 156
第8章 基于一致性的分布式多航行體協(xié)同控制設(shè)計方法 157
8．1 引言 157
8．2 協(xié)同控制問題中的耦合 159
8．2．1 目標耦合 160
8．2．2 局部耦合 160
8．2．3 全局耦合 161
8．2．4 時變耦合 162
8．3 具有最優(yōu)協(xié)同目標的分布式協(xié)同控制方法 162
8．3．1 協(xié)同條件和協(xié)同目標 163
8．3．2 協(xié)作變量和協(xié)作函數(shù) 164
8．3．3 集中式協(xié)同方案 165
8．3．4 建立一致性 166
8．4 沒有最優(yōu)協(xié)同目標的分布式協(xié)同控制方法 168
8．4．1 由編隊級（group-level）基準狀態(tài)構(gòu)成的協(xié)作變量 169
8．4．2 由航行體狀態(tài)構(gòu)成的協(xié)作變量 171
8．5 文獻評述 173
8．5．1 編隊隊形控制 173
8．5．2 多個UAV的協(xié)同 176
8．6 本書后續(xù)內(nèi)容 177
8．7 注釋 178
致謝 178
第9章 多輪式移動機器人的集結(jié)和軸向校準 179
9．1 試驗平臺 179
9．2 試驗運行 180
9．3 試驗結(jié)果 183
9．3．1 集結(jié)問題 183
9．3．2 軸向校準問題 188
9．3．3 已得到的經(jīng)驗 189
9．4 注釋 190
致謝 190
第10章 擁有虛擬領(lǐng)航者的多輪式移動機器人分布式隊形控制 191
10．1 分布式編隊隊形控制體系結(jié)構(gòu) 191
10．2 在多機器人平臺上的試驗結(jié)果 195
10．2．1 試驗平臺和試驗運行 196
10．2．2 具有單個子編隊領(lǐng)航者的編隊隊形控制 198
10．2．3 具有多個子編隊領(lǐng)航者的編隊隊形控制 200
10．2．4 具有時變子編隊領(lǐng)航者和時變通信拓撲的編隊隊形控制 201
10．3 注釋 202
致謝 202
第11章 關(guān)于輪式移動機器人編隊機動的分散行為方法 204
11．1 問題描述 204
11．2　編隊機動 207
11．3　編隊控制 209
11．3．1　耦合動力系統(tǒng)編隊控制 210
11．3．2　基于無源化機器人阻尼的耦合動力系統(tǒng)編隊控制 212
11．3．3　飽和控制 214
11．4　實物試驗 217
11．5　注釋 221
致謝 221
第12章 太空航天器的編隊飛行 222
12．1 問題描述 222
12．1．1 基準坐標系 223
12．1．2 每艘航天器的期望狀態(tài) 223
12．1．3 航天器動力系統(tǒng) 225
12．2 采用虛擬構(gòu)造物方法的分散化體系結(jié)構(gòu) 225
12．2．1 集中式體系結(jié)構(gòu) 226
12．2．2 分散體系結(jié)構(gòu) 226
12．3 編隊分散控制策略 230
12．3．1 關(guān)于每艘航天器的編隊控制策略 230
12．3．2 關(guān)于每個實例化虛擬構(gòu)造物的編隊控制策略 231
12．3．3 收斂分析 234
12．3．4 討論 237
12．4 仿真結(jié)果 239
12．5 注釋 244
致謝 244
第13章 多架空中無人航行體對火災的協(xié)同監(jiān)測 246
13．1 問題描述 246
13．2 關(guān)于單UAV的火線跟蹤 249
13．3 編隊協(xié)同跟蹤 250
13．3．1 埋藏時間最小化 251
13．3．2 分布式火災監(jiān)視算法 253
13．4 仿真結(jié)果 257
13．4．1 火災模型 257
13．4．2 火線跟蹤 258
13．4．3 協(xié)同跟蹤 259
13．5 注釋 263
致謝 263
第14章 多架空中無人航行體協(xié)同監(jiān)視問題 264
14．1 試驗測試床 264
14．2 分散式協(xié)同監(jiān)視 267
14．2．1 解決方法 269
14．2．2 分散協(xié)同識別問題的仿真結(jié)果 270
14．2．3 集中式相繼攝像與集中式協(xié)同識別問題的飛行試驗 273
14．3 注釋 276
致謝 277
附錄 278
參考文獻 293