[논문 리뷰] Adaptive Leader-Following Consensus for a Class of Nonlinear Multi-Agent Systems with Jointly Connected Switching Networks

Wei Liu, Jie Huang|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 26.

Distributed Control Multi-Agent Systems인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 공동으로 연결된 스위칭 네트워크 하에서 선형적으로 파arameterized된 불확실성을 가진 비선형 다중 에이전트 시스템에서 리더-팔로워 일치를 위한 분산 적응 제어 법칙을 제안한다. 확실성 등가 원리와 적응형 분산 관측기의 조합을 통해 전역 수렴을 보장하며, Van der Pol 진동자 동기화를 통해 검증된다.

ABSTRACT

This paper studies the leader-following consensus problem for a class of nonlinear multi-agent systems with linearly parameterized uncertainty subject to jointly connected switching networks. To deal with the jointly connected switching networks, a distributed adaptive control law utilizing certainty equivalence principle and the adaptive distributed observer is developed. Global convergence of the closed-loop system is established. The design procedure is illustrated by a leader-following consensus problem for a group of Van der Pol oscillators.

연구 동기 및 목표

• 스위칭 네트워크 토폴로지 하에서 불확실한 동역학을 가진 비선형 다중 에이전트 시스템에서 리더-팔로워 일치 문제를 다루기.
• 항상 연결되지 않는 시간에 따라 변화하는 공동으로 연결된 통신 네트워크에서의 과제를 해결하기.
• 전체 네트워크 지식이 필요 없이 시스템 불확실성에 적응하는 분산 제어 법칙 개발하기.
• 스위칭 네트워크 연결성에도 불구하고 전역 점근적 안정성과 일치 수렴 보장하기.
• 비선형 기준 시스템인 Van der Pol 진동자에 대해 방법을 적용하여 이론적 결과를 검증하기.

제안 방법

• 에이전트 동역학의 선형적으로 파arameterized된 불확실성을 다루기 위해 확실성 등가 원리를 기반으로 한 분산 적응 제어 법칙 설계하기.
• 이웃 에이전트로부터의 국소 정보만을 사용하여 리더 상태를 추정하는 적응형 분산 관측기 도입하기.
• 시간 간격 동안 그래프의 합집합이 공동으로 연결된 스위칭 네트워크 토폴로지 가정을 사용하여 정보 전파 보장하기.
• 제안된 제어 및 관측기 법칙 하에서 닫힌 루프 시스템의 전역 수렴을 증명하기 위해 라플라스 함수 구성하기.
• 중앙 집중적 조율에 의존하지 않고 관측기와 제어 법칙을 탈중앙화 방식으로 통합하기.
• 이론적 결과를 검증하기 위해 다수의 Van der Pol 진동자에 프레임워크 적용하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간에 따라 변화하고 공동으로 연결된 네트워크 토폴로지에서 비선형 다중 에이전트 시스템에서 리더-팔로워 일치는 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 스위칭 토폴로지 하에서 일치를 유지하면서 미지의 시스템 파rameter에 대해 분산 적응을 가능하게 하는 제어 전략은 무엇인가?
• RQ3 전체 네트워크 정보 없이도 분산 관측기가 리더 상태를 효과적으로 추정할 수 있는가?
• RQ4 파arametric 불확실성과 스위칭 네트워크가 존재하는 상황에서 일치 오차의 전역 수렴을 보장하는 조건은 무엇인가?
• RQ5 제안된 방법은 Van der Pol 진동자와 같은 비선형 기준 시스템에서 어떻게 성능을 발휘하는가?

주요 결과

• 제안된 적응 제어 및 관측기 설계는 공동으로 연결된 스위칭 네트워크 하에서 다중 에이전트 시스템의 전역 점근적 일치를 보장한다.
• 제어 법칙은 국소 정보와 이웃 측정값만을 사용하여 알려지지 않은 선형적으로 파arameterized된 불확실성에 적응한다.
• 분산 관측기는 실시간으로 리더 상태를 성공적으로 추정하여 효과적인 피드백 제어를 가능하게 한다.
• 라플라스 기반 안정성 분석을 통해 닫힌 루프 시스템의 전역 수렴이 엄밀히 증명된다.
• 방법은 다수의 Van der Pol 진동자에 대해 검증되었으며, 스위칭 토폴로지 하에서도 효과적인 동기화를 보여준다.
• 네트워크의 스위칭 패턴이나 특정 시점의 전역 연결성에 대한 지식이 필요 없이도 일치를 달성한다.