带有通信约束的多自主体系统的分布式协调控制

本项目研究带有通信约束的多自主体系统的分布式协调控制，分布式数字通信模式和通信噪声等各种网络不确定因素使得带有通信约束的多自主体系统实质上是一个分布式的不确定混杂系统，这类系统既不同于基于单一被控对象的不确定混杂系统，又不同于精确通信环境下的分布式控制系统。本项目融合信息理论和控制理论的基本思想和先进成果，提出基于数字通信的多自主体系统的分布式通信机制和协调控制律联合设计的新方法，发展针对基于数字通信的多自主体系统的理论分析工具；回答该领域涉及的信道带宽约束、通信能量成本和网络性能间相互制约关系等最基本、最核心的理论问题，设计优化能量成本和网络性能的实用算法。本项目不但有助于为分布式估计、分布式计算及无人航行器自主编队等实际工程领域涉及的分布式协调控制设计提供理论依据和指导，而且对于深入理解复杂网络化控制系统中信息与能量的分配机制，挖掘信息与系统科学新的生长点具有重要的理论意义。

本项目研究带有通信约束的多自主体系统的分布式协调控制，分布式数字通信模式和各种网络不确定因素使得带有通信约束的多自主体系统实质上是一个分布式的不确定混杂系统，这类系统既不同于基于单一被控对象的不确定混杂系统，又不同于精确通信环境下的分布式控制系统。本项目融合通信理论和控制理论的基本思想和先进成果，提出了基于量化观测器和带有衰减尺度变换函数的分布式编解码机制和基于确定性等价原则带有估计误差补偿的控制协议设计方法，有效地消除了编解码误差对系统稳定性和稳态误差的影响。针对固定拓扑、时变拓扑、带有通信时延和存在不可量测状态等情形，利用极限分析建立了一系列“小容量信道定理”，证明了对于连通网络，总存在通信数据率下界与个体数无关的指数收敛协同算法。给出了个体数趋于无穷时渐近收敛速度的显式表达式。我们还首次提出了分布式趋同控制的能量消耗模型，说明了整体能量消耗和通信量之间的关系。具我们所知，该项工作是多自主体系统领域关于趋同算法性能与网络拓扑参数和通信数据率相互关系的第一个定量结果。本项目提出的编解码机制和分析方法被分布式多媒体领域的知名学者应用于分布式多媒体流调度的研究中。本项目对于深入理解复杂网络化控制系统中信息与能量的分配机制，挖掘信息与系统科学新的生长点具有重要的理论意义。