Till innehåll på sidan
Till KTH:s startsida

Transient Control for Leader-follower Multi-agent Systems with Application to Spatiotemporal Logic Tasks

Tid: Ti 2023-05-02 kl 14.00

Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm

Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63744508438

Språk: Engelska

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Fei Chen , Reglerteknik

Opponent: Professor Ming Cao, University of Groningen

Handledare: Dimos V. Dimarogonas, Reglerteknik, Centrum för autonoma system, CAS, ACCESS Linnaeus Centre; Jana Tumova, Centrum för autonoma system, CAS, ACCESS Linnaeus Centre, Robotik, perception och lärande, RPL

Exportera till kalender

QC 20230411

Abstract

Under de senaste decennierna har betydande forskning riktats mot att ta itu med problemet med distribuerad kontroll av multi-agent system. De övergripande uppgifterna inkluderar konsensus, formation, flockbeteende och täckningskontroll med breda tillämpningar inom multirobotkoordination, tillverkning och intelligenta transportsystem. Dock använder distribuerade kontrollstrategier vanligtvis till alla agenter och ibland kan det vara onödigt och kostsamt eftersom de önskade uppgifterna kan uppfyllas genom att styra en del av agenterna genom en lämpligt utformad lokal kontrollstrategi på ett sätt som tillåter hela gruppen att slutföra de avsedda uppgifterna. Därför överväger vi istället i denna avhandling en allmän ledare-följare ram, vilket innebär att en grupp agenter med externa insignaler väljs som ledare för att driva följargruppen på ett sätt så att hela systemet kan uppnå konsensus eller målformation inom vissa övergångsgränser. Följarna styrs enligt något standardprotokoll och förlitar sig helt på sin dynamiska koppling med de styrda ledarna, utan att kräva någon ytterligare kontrollinsats och kunskap om de föreskrivna gruppbegränsingarna. Utöver de traditionella tillvägagångsätten att stabilisera och säkerställa spårning för fleragentssystem, innebär allt fler applikationer idag att mer komplexa uppgifter som inte kan definieras som klassiska styrproblem. Istället krävs en mer avancerad nivå av specifikationsdefinition för att hantera sådana högnivåuppgifter. Därför används tillvägagångssätt baserade på formella metoder i denna avhandling för att hantera specifikationer som är mer komplexa och specificerade på hög nivå. Signal Temporal Logic (STL), som baseras på kontinuerliga signaler, har den extra funktionen att de kan formulera både tids- och rumsbegränsningar och ger därmed potential att hantera kvantitativa transientbegränsningar för fleragentssystem. 

I denna avhandling tar vi itu med både lågnivåkontroll och högnivåplanering av ledare-följare fleragentssystem med hjälp av transientbaserade metoder. Först behandlar vi i lågnivåkontrollen det klassiska problemet med konsensus eller formationskontroll för fleragentssystem med ledare-följare på ett distribuerat sätt med hjälp av en föreskriven prestationsstrategi. Både första och andraordningens fall behandlas. Under antagandet om trädgrafer föreslås en distribuerad styrningslag för förstaordningens fall när avtagningstakten för prestandafunktionerna är inom en tillräcklig gräns. Sedan undersöks två klasser av trädgrafer som kan ha ytterligare följare. För andraordningensfall föreslår vi en distribuerad styrningslag baserad på en backstepping-metod för ledargruppen för att styra hela systemet och uppnå målformationen inom de föreskrivna prestandagränserna. I den andra delen diskuterar vi ytterligare resultat för allmänna grafer med cykler, som utökas utifrån de tidigare resultaten för trädgrafer. Utökningen av allmänna grafer med cykler har fler praktiska tillämpningar och erbjuder en komplett teori för ickeriktade grafer. För lågnivåkontrollen diskuterar vi slutligen topologiska villkor för ledareföljare nätverk så att vi kan tillämpa tidigare designade prestandastrategier för ledare-följare fleragentssystem för att uppnå målformationen inom transientbegränsningarna. Specifikt härleder vi nödvändiga och tillräckliga villkor för ledare-följare graf-topologin för att uppnå önskad formation samtidigt som man uppfyller de föreskrivna prestandatransientbegränsningarna.I den högnivåplaneringsdelen övervägs samarbetande kontroll av fleragentsystem med ledare och följare som är föremål för vissa fragment av STL-specifikationer. Först föreslår vi en trattbaserad kontrollstrategi för fleragentsystem med ledare och följare för att tvinga fram tillfredsställelsen av de grundläggande STL-formlerna genom att föreskriva viss övergångsbeteende på trattarna som begränsar de slutna systemtrajektorierna. En hybrid kontrollstrategi används sedan för att uppfylla de sekventiella STL-formlerna. Senare hanterar vi ett stort nätverk av ledare och följare som består av delsystem med flera ledare och följare med kopplad dynamik. Endast ledarna känner till de relaterade STL-specifikationerna och är utformade på ett distribuerat sätt för att driva följarna på ett sätt som uppfyller STL-specifikationerna globalt. Under antagandet om lokal genomförbarhet föreslår vi en trattbaserad kontrollmetod för varje delsystem av ledare och följare så att de lokala STLspecifikationerna uppfylls, vilket ytterligare innebär den globala uppfyllandet av alla STL-specifikationer. För att tvinga fram tillfredsställelsen av STLformlerna utformas trattparametrarna på ett lämpligt sätt för att beskriva viss övergångsbeteende som begränsar de slutna systemtrajektorierna.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-325614