Lagrange网络实用同步的不连续控制研究

Synchronization and control of the networked Lagrange systems (Lagrange networks) has attracted a great deal of attention from various fields of nonlinear dynamics and control. This is mainly because Lagrange networks possess extensive applications in many engineering fields, especially involving complex and integrated production processes, such as coordination of multiple manipulators, formation of flying spacecrafts, mobile sensor networks and so on. However, most of the existing works on synchronization of Lagrange networks were concentrated on the continuous control strategies. In the project, some discontinuous control strategies including impulsive control, intermittent control, and sampled control will be used to investigate the synchronization problems of Lagrange networks. Different from the existing literatures, these control strategies designed here do not need to introduce some nonlinear terms of the Lagrange systems, and do not rely on the linear parameterisation property. Thus, it is more reasonable to investigate the practical synchronization of Lagrange networks by using the designed discontinuous control strategies in the project. Furthermore, the designed controllers will only be applied to a small fraction of the agents. The project aims to develop the control theory on synchronization of Lagrange networks, and to broaden its study approaches and applications.

网络化Lagrange系统（Lagrange网络）的同步与控制已经成为非线性动力学与控制领域中关注的热点之一。这主要是因为Lagrange网络具有广泛的工程应用，尤其是在复杂与集成化的生产过程中，如多机械臂协调、飞行器编队及移动传感网络等。然而，现有关于Lagrange网络同步研究的大部分成果所采用的控制策略主要基于连续控制。本项目拟采用不连续控制策略包括脉冲控制、间歇控制和采样控制研究Lagrange网络的同步问题。这里拟设计的控制策略与大部分现有成果不同，不须要引入Lagrange系统的一些非线性项作为补偿，也不依赖于系统的参数线性化性质，所以本项目拟将所设计的不连续控制策略用于研究Lagrange网络的实用同步问题更加合理。此外，我们将只须对网络的部分个体施加控制器。本项目旨在推进Lagrange网络的同步控制理论的发展，拓宽其研究途径和应用范围。

经典的Lagrange方程可以用来描述诸如机械臂、飞行器及行走机器人等大量的力学系统。而Lagrange网络具有更为广泛的工程应用，尤其是在复杂与集成化的生产过程中，如多机械臂协调、飞行器编队及移动传感网络等。因此Lagrange网络的同步与控制已经成为非线性动力学与控制领域中关注的热点之一。本项目采用了不连续控制策略研究Lagrange网络的同步问题。主要研究内容和贡献概括如下：.1. 用非周期间歇牵制控制实现具有有向网络拓扑结构的Lagrange网络同步。在不连续的时间点对部分智能体施加线性反馈控制，使得用Lagrange方程描述的多智能体能够同步到给定的状态。基于非周期间歇牵制控制，得到了一般的同步判据。同时，也设计非周期间歇牵制控制实现存在参数失配和网络时滞的Lagrange网络的弱同步，得到了同步判据。作为直接应用，将理论结果应用于实现6个2连杆机械臂系统组成的Lagrange网络。数值仿真验证了提出的牵制控制策略是有效可行的。这里设计的控制策略与大部分现有成果不同，不须要引入Lagrange系统的一些非线性项作为补偿，也不依赖于系统的参数线性化性质。.2. 用脉冲控制研究具有环形和线形网络结构的网络型Lagrange系统的跟踪同步。给定一个时变的目标轨道，推导出一般的同步判据使得Lagrange网络能够跟踪到这个轨道。这个工作的特点就是将脉冲控制用于研究具有强非线性特征的Lagrange系统。通过脉冲控制，每个用Lagrange系统描述的个体与它们的邻居只需要在一些离散的时刻进行信息交换。作为理论结果的直接应用，详细讨论了多个3自由度移动机器人的跟踪同步。数值仿真验证了提出的脉冲控制策略是有效可行的。所以本项目所设计的不连续控制策略用于研究Lagrange网络的同步问题更加合理。