[論文レビュー] Robust Cooperative Output Regulation of Discrete-Time Heterogeneous Multi-Agent Systems

Kürşad Metehan Gül, Selahattin Burak Sarsilmaz|arXiv (Cornell University)|Mar 8, 2026

Distributed Control Multi-Agent Systems被引用数 0

ひとこと要約

この論文は、内部モデルベースの分散制御律を用いた離散時間の不確定異種マルチエージェントシステムに対する頑健協調出力調整を研究し、名目上の閉ループ系のシュラ安定性を保証する構造化制御器を設計するための全局的およびエージェント別ローカルLMIsを提供します。

ABSTRACT

This article considers robust cooperative output regulation of discrete-time uncertain heterogeneous (in dimension) multi-agent systems (MASs). We show that the solvability of this problem with an internal model-based distributed control law reduces to the existence of a structured control gain that makes the nominal closed-loop system matrix of the MAS Schur. Accordingly, this article focuses on global and agent-wise local sufficient conditions for the existence and design of such a structured control gain. Based on a structured Lyapunov inequality, we present a convexification that yields a linear matrix inequality (LMI), whose feasibility is a global sufficient condition for the existence and design. Considering the individual nominal dynamics of each agent, the existence is also ensured if each agent solves a structure-free control problem. Its convexification yields LMIs that allow each agent to separately design its structure-free control gain. Lastly, we study the relationships between the sets of control gains emerging from both global and local perspectives.

研究の動機と目的

• 不確実性下の離散時間の異種MASに対する頑健協調出力調整（RCORP）を動機づける。
• 内部モデルベースの分散動的状態フィードバック制御器でRCORPを定式化する。
• 構造化制御利得を設計するための全局およびエージェントごとの局所充足条件を開発する。
• 存在を証明し構造化利得を構築するための凸LMIsを提供する。
• グローバル設計アプローチとローカル設計アプローチの関係とそれらの保守性を分析する。

提案手法

• 不確定な名目ダイナミクスと exosystem によって駆動される参照信号と摂動信号を持つMASを定式化する。
• 各エージェントに対してexosystemダイナミクスを埋め込む分散pコピー内部モデル構造を用いる。
• 利得合成のための全局LMIsへ結びつく構造化リューヴァン不等式を導出する。
• 構造を持たない各エージェントの局所設計が分散利得設計のための別個のLMIsを生み出すことを示す。
• Schur安定性の仮定の下でシルベスター型方程式系への同値性を介して解決可能性を証明する。
• 構造化PとYを用いた convex LMI を生成する全局設計アプローチを提供し、必要なスパース性を持つKを計算する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 名目閉ループ行列をSchurにする構造化分布利得Kの存在条件は何か。
• RQ2 グローバルおよびエージェント別の局所設計手法をLMIsとしてRCORPを効率的に解くにはどうするか。
• RQ3 グローバルな構造設計とエージェント別の局所設計との関係および潜在的な保守性はどのようになるか。

主な発見

• RCORPは拡張閉ループ行列がSchurであり、内部モデルと安定性条件が成立する場合に解ける。
• 構造化リューヴァン不等式を用いた凸LMIsが存在し、グローバル構造設計の実現性を保証する。
• 各エージェントは構造を持たない局所問題を解くことができ、その凸化は自分自身の利得合成のLMIsを生み出す。
• エージェント別局所設計はよりスケーラブルであり、グローバル設計は穏やかな条件下で保守性が低い可能性がある。
• 本論文は、グローバル設計が一般に局所設計より保守性が低いことを示し、両者の視点を結びつける。