[論文レビュー] Cooperative Output Regulation with Mixed Time- and Event-triggered Observers.

Shimin Wang, Zhan Shu+1 more|arXiv (Cornell University)|May 5, 2021

Distributed Control Multi-Agent Systems参考文献 42被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、異種マルチエージェントシステムにおける協調出力調節のための、時間とイベントにトリガーされる観測者フレームワークを提案する。リーダーの状態推定を時間トリガーで行い、フォロワー間の通信をイベントトリガーで行うことで、一般の正で収束するトリガ関数（指数関数的減衰を含む）のもとで、ゼノー自由な動作と推定誤差の収束を保証する。

ABSTRACT

Mixed time- and event-triggered cooperative output regulation for heterogeneous distributed systems is investigated in this paper. A distributed observer with time-triggered observations is proposed to estimate the state of the leader, and an auxiliary observer with event-triggered communication is designed to reduce the information exchange among followers. A necessary and sufficient condition for the existence of desirable time-triggered observers is established, and delicate relationships among sampling periods, topologies, and reference signals are revealed. An event-triggering mechanism based on local sampled data is proposed to regulate the communication among agents; and the convergence of the estimation errors under the mechanism holds for a class of positive and convergent triggering functions, which include the commonly used exponential function as a special case. The mixed time- and event-triggered system naturally excludes the existence of Zeno behavior as the system updates at discrete instants. When the triggering function is bounded by exponential functions, analytical characterization of the relationship among sampling, event triggering, and inter-event behaviour is established. Finally, several examples are provided to illustrate the effectiveness and merits of the theoretical results.

研究の動機と目的

• 協調出力調節における効率的で安定した情報交換の課題に対処すること。
• 固定サンプリング間隔で動作する時間トリガー型分散観測者を設計し、リーダーの状態推定が保証された収束を達成すること。
• フォロワー間の通信負荷を軽減するために、イベントトリガー型補助観測者を導入すること。
• サンプリング周期、ネットワークトポロジー、リファレンス信号に基づく時間トリガー型観測者の存在に関する必要十分条件を確立すること。
• 局所的なサンプリングデータに基づくイベントトリガーを用いて、ゼノー行動を回避し、推定誤差の収束を保証すること。

提案手法

• 固定サンプリング間隔でリーダーの状態を推定する時間トリガー型分散観測者を設計し、安定性と収束を保証する。
• フォロワー間の通信を最小限に抑えるために、必要に応じてのみ更新をトリガーする補助イベントトリガー型観測者を導入する。
• 現在の状態と過去のサンプルに依存して、いつ通信を送信するかを決定する局所的サンプルデータに基づくイベントトリガメカニズムを提案する。
• 通信頻度を制御するために、正で収束する関数（指数関数を含む）を用いたトリガメカニズムを採用する。
• 理論的分析により、提案されたメカニズムのもとで推定誤差が収束することを証明し、離散的更新のおかげでゼノー行動が排除されることを示す。
• 指数関数的関数で有界な場合、サンプリング周期、イベントトリガ行動、およびトリガ関数の上界との間の解析的関係を導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異種システムにおけるリーダー状態推定のための時間トリガー型分散観測者の存在を保証する条件は何か？
• RQ2 推定精度とシステム安定性を維持しつつ、フォロワー間の通信をどのように最小化できるか？
• RQ3 観測者設計において、サンプリング周期、ネットワークトポロジー、リファレンス信号のダイナミクスの間にはどのような関係があるか？
• RQ4 イベントトリガメカニズムがゼノー行動を防ぎ、推定誤差の収束を保証する条件は何か？
• RQ5 特に指数関数的関数を用いたトリガ関数のパラメータが、イベント間隔とシステム性能にどのように影響を与えるか？

主な発見

• 時間トリガー型観測者の存在に関する必要十分条件が確立され、サンプリング周期、ネットワークトポロジー、リファレンス信号ダイナミクスを明示的に関連づけた。
• 提案されたイベントトリガメカニズムは、正で収束する関数（広いクラス）に対して推定誤差の収束を保証する。
• ゼノー行動は自然に排除される。なぜなら、システムはたとえイベントが頻繁に発生しても、離散的な時刻でのみ更新されるからである。
• トリガ関数が指数関数的関数で有界である場合、イベント間隔がサンプリング周期およびシステムパラメータと解析的に関連づけられる。
• 理論的分析により、時間とイベントにトリガーされる混合フレームワークが、通信削減を実現しつつ、システム安定性と推定精度を維持することが確認された。
• 数値例により、提案手法が通信を削減しながら収束を保証する有効性と利点が実証された。