[논문 리뷰] Distributed Control of Multiagent Systems under Unknown Persistent Disturbances

Tansel Yucelen, Magnus Egerstedt|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 13.

Distributed Control Multi-Agent Systems참고 문헌 9인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 그래프 라플라시안의 열공간에 상태 오차를 국소적으로 투영하는 방식으로, 고정된 외란에 대한 지식이 없이도 알려지지 않은 지속적인 외란 하에서 다중 에이전트 시스템의 일치 또는 형성 달성을 달성하는 분산 제어 아키텍처를 제안한다. 표준 일치/형성 제어기와 새로운 적분 동작 제어기를 조합하여, 외란의 크기나 방향을 알 필요 없이 외란을 거부함으로써, 일정하거나 시간에 따라 변하는 외란이 존재하더라도 목표 상태로의 유한하고 안정적인 수렴을 보장한다.

ABSTRACT

This paper focuses on the consensus and formation problems of multiagent systems under unknown persistent disturbances. Specifically, we propose a novel method that combines an existing consensus (or formation) algorithm with a new controller. The new controller has an integral action that produces a control input based on an error signal locally projected onto the column space of the graph Laplacian. This action allows agents to achieve a consensus or a predetermined formation objective under constant or time-varying disturbances. This study has analyzed the stability properties of this architecture and provides several illustrative examples to demonstrate the proposed approach.

연구 동기 및 목표

• 에이전트가 알려지지 않은 지속적 외란에 노출되어 있을 때 다중 에이전트 시스템에서 일치 또는 형성을 달성하는 데 도전 과제를 해결한다.
• 기존 제어기들이 외란 거부 능력이 부족하여 지속적 외란 하에서 실패하는 한계를 극복한다.
• 각 에이전트의 자체 상태와 이웃 에이전트와의 상대 상태 정보만을 요구하는 분산 제어기를 설계한다.
• 알려지지 않은 일정하거나 시간에 따라 변하는 외란이 존재하더라도 목표 일치 또는 형성 상태로의 안정적 수렴을 보장한다.
• 일치 및 형성 문제에 대해 외란 조건 하에서 이론적 안정성 분석과 수치적 검증을 제공한다.

제안 방법

• 표준 일치 또는 형성 제어기와 지역적으로 투영된 오차 신호를 처리하는 새로운 적분 동작 제어기를 통합한다.
• 오차 신호를 에이전트의 실제 상태와 상태 예측 모델에서 예측된 상태 간의 차이로 정의한다.
• 오차 신호를 그래프 라플라시안의 열공간에 투영하여 편향을 제거하고 외란 영향을 분리한다.
• 투영된 오차를 사용하여 지속적 외란을 상쇄하는 제어 입력을 생성하며, 상태를 0으로 이동시키지는 않는다.
• 각 에이전트의 자체 상태와 이웃과의 상대 상태 정보만을 사용하여 제어기를 구현한다.
• 리아푸노프 안정성 이론과 행렬 대수를 적용하여 폐루프 시스템의 점근적 안정성과 유계성을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알려지지 않은 지속적 외란 하에서 외란 특성에 대한 사전 지식 없이 다중 에이전트 시스템이 어떻게 일치 또는 형성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 어떤 제어 아키텍처가 국소 정보만을 사용하여 분산 에이전트가 지속적 외란을 거부할 수 있게 하는가?
• RQ3 라플라시안의 열공간에 오차 신호를 국소적으로 투영하는 방식이 표준 적분 제어에 비해 외란 거부 성능을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 제안된 제어기가 시간에 따라 변하는 외란 하에서도 목표 일치 또는 형성 상태로 유한하고 안정적으로 수렴을 보장할 수 있는가?
• RQ5 외란 지식이 없을 때 정확한 오차 추정을 가능하게 하는 상태 예측기의 역할은 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 제어기는 알려지지 않은 일정하거나 시간에 따라 변하는 외란의 영향을 효과적으로 억제하여 에이전트가 일치 또는 형성을 달성하는 데 성공한다.
• 안정성 분석을 통해 일정하거나 시간에 따라 변하는 외란 하에서도 시스템이 목표 상태로 점점 더 가까이 수렴함을 확인한다.
• 6개 에이전트로 구성된 사이클 그래프에 대한 수치적 예제에서는 제어기가 큰 외란 하에서도 제어 입력을 유계로 유지하고 일치 또는 형성을 달성함을 보여준다.
• 제어기는 에이전트 상태를 0으로 이동시키지 않아, 실용적 응용에서 중요한 비영일치 또는 비영형성 목표에 도달할 수 있는 능력을 유지한다.
• 라플라시안의 열공간에 대한 국소적 투영을 통해 오차 신호의 편향을 효과적으로 제거하여, 외란 추정이 필요 없이도 강건한 외란 거부를 가능하게 한다.
• 이론적 결과는 시뮬레이션을 통해 검증되었으며, 표준 제어기에서 적분 동작을 추가한 제어기가 성능을 크게 향상시킴을 보여준다.