多航行體協(xié)同控制中的分布式一致性：理論與應(yīng)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(xiàn)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(jì)與擴(kuò)展 15
1．2．4 基于一致性算法的協(xié)作策略設(shè)計(jì) 18
1．3 本書(shū)概況 21
1．4 注釋 23
致謝 23
第2章　關(guān)于單積分動(dòng)力系統(tǒng)的一致性算法 24
2．1　基本算法 24
2．2　時(shí)不變通信拓?fù)湎碌囊恢滦?27
2．2．1　采用連續(xù)時(shí)間算法的一致性 27
2．2．2　采用離散時(shí)間算法的一致性 40
2．3　時(shí)變通信拓?fù)湎碌囊恢滦?43
2．3．1　采用連續(xù)時(shí)間算法的一致性 47
2．3．2　采用離散時(shí)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(zhǔn)狀態(tài)的一致性跟蹤 57
3．1　問(wèn)題描述 57
3．2　時(shí)不變一致基準(zhǔn)狀態(tài) 58
3．3　時(shí)變一致基準(zhǔn)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(zhǔn)狀態(tài)的信息反饋 72
3．4　基于相對(duì)狀態(tài)偏差的擴(kuò)展 74
3．5　注釋 75
致謝 76
第4章　關(guān)于雙積分動(dòng)力系統(tǒng)的一致性算法 77
4．1　一致性算法 77
4．1．1　時(shí)不變通信拓?fù)湎碌氖諗啃苑治?79
4．1．2　切換通信拓?fù)湎碌氖諗啃苑治?91
4．2　具有有界控制輸入的一致性 97
4．3　無(wú)相對(duì)狀態(tài)導(dǎo)數(shù)量測(cè)的一致性 101
4．4　注釋 104
致謝 104
第5章 擴(kuò)展到基準(zhǔn)模型的雙積分一致性算法 106
5．1 問(wèn)題描述 106
5．2 具有信息狀態(tài)導(dǎo)數(shù)基準(zhǔn)模型的一致性 107
5．2．1 鄰里航行體之間的信息狀態(tài)導(dǎo)數(shù)相互耦合時(shí)的一致性 108
5．2．2 鄰里航行體之間的信息狀態(tài)導(dǎo)數(shù)沒(méi)有耦合時(shí)的一致性 111
5．3 具有信息狀態(tài)基準(zhǔn)模型和信息狀態(tài)導(dǎo)數(shù)基準(zhǔn)模型的 一致性 113
5．3．1 所有航行體均可獲知基準(zhǔn)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(dòng)力系統(tǒng)的一致性算法 122
6．1 問(wèn)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(méi)有絕對(duì)和相對(duì)角速度量測(cè)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(duì)姿態(tài)保持與基準(zhǔn)姿態(tài)跟蹤 141
7．1 相對(duì)姿態(tài)保持 141
7．1．1 時(shí)不變相對(duì)姿態(tài)與最終角速度為0 141
7．1．2 時(shí)變相對(duì)姿態(tài)和時(shí)變角速度 142
7．2 基準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(jì)方法 157
8．1 引言 157
8．2 協(xié)同控制問(wèn)題中的耦合 159
8．2．1 目標(biāo)耦合 160
8．2．2 局部耦合 160
8．2．3 全局耦合 161
8．2．4 時(shí)變耦合 162
8．3 具有最優(yōu)協(xié)同目標(biāo)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(biāo) 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(méi)有最優(yōu)協(xié)同目標(biāo)的分布式協(xié)同控制方法 168
8．4．1 由編隊(duì)級(jí)（group-level）基準(zhǔn)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(xiàn)評(píng)述 173
8．5．1 編隊(duì)隊(duì)形控制 173
8．5．2 多個(gè)UAV的協(xié)同 176
8．6 本書(shū)后續(xù)內(nèi)容 177
8．7 注釋 178
致謝 178
第9章 多輪式移動(dòng)機(jī)器人的集結(jié)和軸向校準(zhǔn) 179
9．1 試驗(yàn)平臺(tái) 179
9．2 試驗(yàn)運(yùn)行 180
9．3 試驗(yàn)結(jié)果 183
9．3．1 集結(jié)問(wèn)題 183
9．3．2 軸向校準(zhǔn)問(wèn)題 188
9．3．3 已得到的經(jīng)驗(yàn) 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(dòng)機(jī)器人分布式隊(duì)形控制 191
10．1 分布式編隊(duì)隊(duì)形控制體系結(jié)構(gòu) 191
10．2 在多機(jī)器人平臺(tái)上的試驗(yàn)結(jié)果 195
10．2．1 試驗(yàn)平臺(tái)和試驗(yàn)運(yùn)行 196
10．2．2 具有單個(gè)子編隊(duì)領(lǐng)航者的編隊(duì)隊(duì)形控制 198
10．2．3 具有多個(gè)子編隊(duì)領(lǐng)航者的編隊(duì)隊(duì)形控制 200
10．2．4 具有時(shí)變子編隊(duì)領(lǐng)航者和時(shí)變通信拓?fù)涞木庩?duì)隊(duì)形控制 201
10．3 注釋 202
致謝 202
第11章 關(guān)于輪式移動(dòng)機(jī)器人編隊(duì)機(jī)動(dòng)的分散行為方法 204
11．1 問(wèn)題描述 204
11．2　編隊(duì)機(jī)動(dòng) 207
11．3　編隊(duì)控制 209
11．3．1　耦合動(dòng)力系統(tǒng)編隊(duì)控制 210
11．3．2　基于無(wú)源化機(jī)器人阻尼的耦合動(dòng)力系統(tǒng)編隊(duì)控制 212
11．3．3　飽和控制 214
11．4　實(shí)物試驗(yàn) 217
11．5　注釋 221
致謝 221
第12章 太空航天器的編隊(duì)飛行 222
12．1 問(wèn)題描述 222
12．1．1 基準(zhǔn)坐標(biāo)系 223
12．1．2 每艘航天器的期望狀態(tài) 223
12．1．3 航天器動(dòng)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(duì)分散控制策略 230
12．3．1 關(guān)于每艘航天器的編隊(duì)控制策略 230
12．3．2 關(guān)于每個(gè)實(shí)例化虛擬構(gòu)造物的編隊(duì)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(wú)人航行體對(duì)火災(zāi)的協(xié)同監(jiān)測(cè) 246
13．1 問(wèn)題描述 246
13．2 關(guān)于單UAV的火線跟蹤 249
13．3 編隊(duì)協(xié)同跟蹤 250
13．3．1 埋藏時(shí)間最小化 251
13．3．2 分布式火災(zāi)監(jiān)視算法 253
13．4 仿真結(jié)果 257
13．4．1 火災(zāi)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(wú)人航行體協(xié)同監(jiān)視問(wèn)題 264
14．1 試驗(yàn)測(cè)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(shí)別問(wèn)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(shí)別問(wèn)題的飛行試驗(yàn) 273
14．3 注釋 276
致謝 277
附錄 278
參考文獻(xiàn) 293