收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

有向网络多个体系统的量化与鲁棒一致性研究

李德权  
【摘要】:由于不需要集中式控制和网络全局信息,近年来网络化多个体系统的分布式协调控制成为控制领域的一个研究热点。网络化多个体系统的优点是节约成本,并且可以提高系统在复杂环境下的鲁棒性和适应能力,因而在很多方面得到广泛应用。作为分布式协调控制的基础,一致性问题更是受到了不同领域研究人员的广泛关注。一致性算法涉及到设计有效的分布式控制律或协议,使得仅基于个体间的局部信息共享,所有个体状态变量能够趋于相同。因此,网络拓扑和什么样的信息在网络中传输,是多个体系统实现一致性的两个至关重要的因素。在分布式情况下,尤其是当网络运行在非常恶劣的环境中,会造成数据的丢包或连边的失效,或不同个体具有不同的感知范围,使得个体间的平衡或对称信息交换变得非常困难或不可能,因而个体间的单向非平衡信息通信是有向网络的首要特征。这意味着实际网络拓扑一般是有向非平衡的。而众所周知,有向图的代数图论、尤其是有向图的代数图谱理论,到目前为止发展的并不完善,这导致有向网络一致性算法的收敛性和鲁棒性分析非常的困难,因此有向网络一致性相关问题的研究一直是热点。和无向或有向平衡网络相比,有向非平衡网络不仅意味着要求更弱的网络拓扑条件,而且会降低系统达到一致性时所需要的信息量和能量消耗,并使得网络在不可靠通信下具有更强的鲁棒性。此外,实际的网络化多个体系统具有空间分布特性,并且连接个体的信道具有有限带宽限制,这导致个体间仅能基于量化信息而非精确信息进行通信。因此,本文将量化信息与网络拓扑统一考虑,重点研究了基于量化信息通信的有向网络多个体系统的量化一致性问题。同时,由于个体间的信息交换不可避免会受到各种环境噪声的干扰,本文也研究了具有测量噪声干扰的有向网络多个体系统的鲁棒一致性问题。 论文主要内容和研究成果总结如下: 1.采用无限水平静态对数量化策略,研究了有向强连通非平衡网络的加权平均一致性问题。不同于已有文献中量化一致性研究基本都假定有向网络拓扑必须是平衡的,我们对强连通的有向非平衡网络,解析地得到在量化信息通信下,系统达到加权平均一致性时对数量化器的精度参数与网络拓扑参数之间的定量关系。进而利用矩阵变换和李雅普诺夫稳定性理论,将系统的一致收敛性条件用一个易于检验的线性矩阵不等式刻画,并清楚地揭示了最终的一致性值对有向网络拓扑的依赖关系。研究结果避免了已有相关结论高度依赖无向图的代数图谱理论和对称矩阵分解的不足。 2.采用有限水平动态一致量化策略,对有向强连通非平衡网络的加权平均一致性进行了研究。理论分析表明:无论网络规模多大,只要合适地选取有限水平动态一致量化器的参数,有向强连通网络中任一个体在每一时刻,仅需向其任一邻居个体非互惠地发送1-比特量化信息,同时向其自身发送1-比特量化信息,则所提出的量化一致性算法就足以使网络指数地达到加权平均一致性;而当有向网络是平衡时,所得结果即退化为量化平均一致性情形。此外,在进行量化一致收敛性分析时所构造的广义二次李雅普诺夫函数,充分体现了强连通非平衡网络所对应的随机邻接矩阵最大特征值伴随的左特征向量揭示了网络拓扑属性这一事实。而已有基于无向图的代数图谱理论得到的关于无向网络量化平均一致性相关结果则要求:网络中任意邻居个体在每一时刻,必须互惠地互发1-比特量化信息,所有个体状态才能指数地收敛到平均一致性。 3.研究了如何设计基于边的有限水平自适应动态一致量化器,使得有向切换网络中的个体,仅利用有限量化信息通信最终达成一致的问题。对一般的有向非平衡切换网络来说,对应的系统迭代矩阵左特征向量随着网络拓扑的切换而变化,因而已有基于系统迭代矩阵存在一个公共左特征向量的相关量化一致性分析方法不在适用,并且最终的一致性值难以确定。利用非二次李雅普诺夫函数法并结合输入到输出稳定性理论,我们证明了:在所提出的量化一致性算法作用下,只要有向切换网络具有有界的连边失效间隔,则无论网络规模多大,仅仅需要每个个体在每一时刻,非互惠地向其任意邻居个体发送3-比特量化信息,同时向其自身发送1-比特量化信息,就足以确保有向切换网络指数地达到一致性,且最终的一致性值仍位于所有个体初始状态的凸包内。所提出的量化一致性算法充分体现了切换网络的动态特性,并具有需要较少通信开销的特点,更适用于数字通信网络。 4.研究具有测量噪声干扰的有向强连通网络鲁棒一致性问题。在提出的随机逼近一致性算法中,通过引入时变控制增益来抑制测量噪声。在假定随机邻接矩阵具有正对角元素、但非双随机的条件下,通过构造一个广义二次李雅普诺夫函数,并利用李雅普诺夫稳定性理论证明了:在所提出的随机逼近一致性算法作用下,网络中所有个体最终达到均方意义下的一致性,最终的一致性值是一个随机变量。进一步地,分析了这个随机变量的统计特性,发现其期望是所有个体初始状态值的加权平均,并具有有界方差。所构造的广义二次李雅普诺夫函数,克服了文献中构造二次李雅普诺夫函数要求有向网络拓扑必须是平衡的这一关键假定条件。因此,所提出的随机逼近一致性算法具有更广的应用范围。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙婷婷;李宝毅;张静;;对加权蛛网模型稳定性的探讨[J];数学的实践与认识;2010年17期
2 陈建国,冯国楠;一种自适应鲁棒伺服系统的设计[J];控制理论与应用;1984年04期
3 陈春晖;关于鲁棒的输出反馈极点配置问题的算法[J];计算数学;1988年01期
4 毛维杰,孙优贤;结构不确定线性系统鲁棒对角优势的实现[J];信息与控制;1997年05期
5 年晓红;Lurie型鲁棒控制系统的绝对稳定性[J];西北师范大学学报(自然科学版);1997年04期
6 李景华;SDA模型的加权平均分解法及在中国第三产业经济发展分析中的应用[J];系统工程;2004年09期
7 许姜严,龙绪明;一类非线性不确定系统的鲁棒控制器的设计[J];成都大学学报(自然科学版);2005年02期
8 李阳旭,邓辉文;模糊综合评判的一种改进方法[J];重庆工商大学学报(自然科学版);2005年05期
9 张沛和;;加权平均函数的性质及应用[J];嘉应学院学报;2005年06期
10 耿钒;徐丹;杨晓川;周志军;;Photon Mapping中光强估计的一种改进算法[J];云南大学学报(自然科学版);2007年04期
11 李跃忠;朱星华;吴伟伟;;检测仪表中的数据融合方法[J];东华理工大学学报(自然科学版);2008年01期
12 黄建华;陈国定;;基于delta算子的不确定项观测器设计[J];中国科技信息;2008年16期
13 孙玉香;许勇;;简易性在计算方法设计中的应用研究[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2008年05期
14 彭荣;凌莉;;两类健康评价指标的一致性研究[J];数学的实践与认识;2008年23期
15 李秋林;彭嘉栋;;一种计算区域内气象要素平均值的方法[J];气象与减灾研究;2009年02期
16 李云刚;;基于移动平均法的改进[J];统计与决策;2009年19期
17 范晓丽;高岩;;离散线性时变系统族的多面体生存域[J];上海理工大学学报;2010年01期
18 黄巧洁;邓华秋;;脉冲激光测距信号插值的新算法研究[J];激光与红外;2010年03期
19 陈辉;吴昊;赵琳娜;王志;狄靖月;田华;;CO中毒的环境气象因子分析及预测方法研究[J];中国环境科学;2011年04期
20 潘高志,林道垣;多目标函数优化法及其在飞机鲁棒控制系统设计中的应用[J];控制理论与应用;1986年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 俞辉;蹇继贵;;多智能体有向切换网络的加权平均一致性[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 周进;吴泉军;刘曾荣;;复杂多主体时滞网络系统的脉冲一致性[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 徐式蕴;杨莹;;一类复杂动态网络的全局鲁棒H_-/H_∞同步[A];第五届全国复杂网络学术会议论文(摘要)汇集[C];2009年
4 尤富强;王福利;关守平;;不确定线性连续时变系统的鲁棒状态和输入同时估计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 管义锋;邵伟;;基于最小波动的散货船中横剖面结构鲁棒优化设计研究[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
6 路平立;刘向东;;高超声速飞行器姿态的鲁棒容错H_∞控制器设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
7 郑鹏远;席裕庚;李德伟;;基于参数李雅普诺夫函数的鲁棒约束预测控制器的综合设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
8 姜永发;张书亮;曾巧玲;闾国年;;基于图论的城市排水管网GIS空间数据模型研究[A];中国地理信息系统协会第八届年会论文集[C];2004年
9 余瑶;钟宜生;;多工作点加速度计组合件高精度鲁棒温度控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 张清江;王新民;李俨;;基于Matlab的多指标约束鲁棒飞行控制器设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李德权;有向网络多个体系统的量化与鲁棒一致性研究[D];上海交通大学;2012年
2 俞辉;多智能体机器人协调控制研究及稳定性分析[D];华中科技大学;2007年
3 黄鹤;混合H_2/H_∞指标鲁棒模型预测控制器的设计[D];上海交通大学;2011年
4 贺乃宝;近空间飞行器抗干扰鲁棒飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 盛云龙;离散时间约束不确定线性系统的鲁棒预测控制[D];浙江大学;2003年
6 朱永红;非线性不确定系统鲁棒自适应控制研究[D];南京航空航天大学;2003年
7 鲁(?);不确定Lur'e时滞系统的鲁棒控制研究[D];浙江大学;2004年
8 沈超;不确定系统分析与综合及其在飞行控制中的应用[D];东北大学;2009年
9 毕卫平;不确定非线性系统的鲁棒H_∞控制问题[D];郑州大学;2002年
10 王显峰;船舶运动鲁棒H_∞估计与预报研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高垒;PID控制系统鲁棒分析及性能比较[D];华北电力大学(北京);2005年
2 梅志松;双液压缸驱动系统的鲁棒同步控制[D];燕山大学;2010年
3 李婧靓;具有输入增量约束的鲁棒预测控制器及其应用[D];上海交通大学;2010年
4 郭继宁;基于LMI刨花板施胶鲁棒H_∞控制仿真研究[D];东北林业大学;2010年
5 罗小元;不确定连续时滞系统的鲁棒控制[D];燕山大学;2001年
6 高丽君;复杂系统的鲁棒自适应控制问题研究[D];曲阜师范大学;2004年
7 刘孝锋;不确定线性系统LQ意义下鲁棒二次最优控制及鲁棒稳定界的研究[D];汕头大学;2004年
8 郑紫微;鲁棒控制系统的GA和H~∞混合优化设计[D];大连海事大学;2000年
9 张正强;复杂系统的鲁棒自适应控制[D];曲阜师范大学;2003年
10 朱云骥;高超声速飞行器的鲁棒控制和可视化研究[D];西北工业大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 屈红燕;深市:主板公司主业增长 股改进程快于预期[N];上海证券报;2006年
2 贺辉红;市场谨慎预期或强化[N];中国证券报;2008年
3 本报记者 许少业;多方绝地反击 3000点先失后得[N];上海证券报;2008年
4 王斌;A股加权平均股价降至15.15元[N];第一财经日报;2008年
5 本报记者 郭见洌;入门激打也“鲁棒”[N];计算机世界;2003年
6 贺辉红;所有板块全线下挫[N];中国证券报;2008年
7 记者  清 溪;国开行年内将发第二期ABS[N];证券时报;2005年
8 CUBN记者 郭丽娜;B股井喷望与A股并轨[N];中国联合商报;2007年
9 彭运年;A股均价重上10元[N];中国证券报;2007年
10 查明;上市公司业绩同比环比双增[N];中国证券报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978