混杂Lagrange网络系统协调动力学的分析与控制

Motivated by the addressed problems and its application backgrounds in practical engineering, this project is devoted to analysis and control of coordinated dynamics in hybrid networked Lagrange systems on the basis of our recent work related to coordinated dynamics and control in complex delayed networked multi-agent systems. The main research issues are as follows: Firstly, based on structures and characteristics of agent's Lagrange dynamics, and by analyzing both the configuration of network topologies and the formulation of information communications, we try to explore the cooperative evolution mechanism of networked Lagrange systems with different constraints, and analyze nonlinear dynamical behavior of consensus state of such networks in cooperative evolution process, such as stability, oscillation and bifurcation, etc., in the presence of disturbance of communication delays, system parameters and network structures. Secondly, for different forms of Lagrange equations in practical engineering for instance robots, aircrafts and vehicles, through applying systematically a series of hybrid control technologies, we intend to put forward more effective control strategies of distributed feedback for networked Lagrange system cooperation, and then further to develop and employ a variety of practical engineering problems, such as coordination of robots, attitude alignment of aircrafts and formation control of satellites. Furthermore, it should be believed that the research in this project not only provides some new ideas and methods for design and implement of cooperative control in practice, but also to illustrate complex dynamical mechanism of the representative Lagrange networked system as well as its evolution rules, and so it is of great scientific significance.

本项目以工程中的实际应用问题为驱动,主要研究混杂Lagrange网络系统协调动力学的分析与控制，在申请者近期关于复杂多个体时滞网络系统协调动力学和控制工作的基础上，基于个体的Lagrange动力学结构和特征，通过分析网络的拓扑构形和信息的关联结构，研究在多种约束下网络系统在运动过程中的协同演化机制，探索在通讯时滞,系统参数和网络结构扰动下协调一致性动态行为的稳定性、振荡及分岔等非线性行为。针对在诸如机器人、飞行器及车辆等实际工程应用领域中Lagrange方程的不同表现形式，综合运用一系列混杂控制技术，设计和实施有效的分布反馈控制策略，使之能够应用到诸如机器人协作，飞行器姿态调整，卫星编队等实际工程问题，为所提出的协同控制技术的设计和实现提供新的思想和方法。本项目的研究有助于揭示以Lagrange网络系统为代表的复杂系统的动力学特征及其演化规律，具有重要的科学意义。

网络化Lagrange系统群体行为与协调控制已成为近年来诸多科学和工程领域引人注目的挑战性前沿课题之一。本项目以工程中的实际应用问题为驱动,主要研究混杂的Lagrange网络系统协调动力学的建模、分析与控制及其应用。本项目主要研究内容概括为如下几个方面：首先，讨论了变结构Lagrange网络系统的脉冲同步运动，提出了一种有效的脉冲状态反馈控制策略来实现一类Euler-Lagrange网络系统实用跟踪同步；其次，基于反演控制方案研究了网络化非恒同Lagrange 系统自适应跟踪控制问题，提出了一个自适应跟踪算法来确保具有动态领航者冗余机械臂系统达到任务空间中的跟踪同步；此外，研究了具有不确定参数网络化Lagrange系统自适应分群一致性问题，发展了一种新的分析方法用于设计在具有非循环和平衡图两种有向网络拓扑下系统的分群一致性协议；最后, 基于动力学基本方程研究了由Lagrange动力学所描述的网络化多体系统的同步问题，提出了一个统一分析框架来给出网络化多体系统达到完全同步的一种新鲁棒最优控制律，这个控制律具有清晰的物理意义因而便于在实际中应用。本项目的研究有助于揭示以网络化Lagrange系统为代表的复杂系统的动力学特征及其演化规律，所获的成果有可能应用到诸如机器人协作，飞行器的姿态调整，卫星编队等实际工程问题，为提出的协同控制的创新设计提供重要的理论基础和技术支撑,因而本项目的研究具有十分重要的科学意义和潜在的应用前景。