多航行体协同控制中的分布式一致性：理论与应用

第1章　协同控制中一致性算法概述 1
1．1　引言 1
1．2 文献综述：一致性算法 5
1．2．1 基本一致性算法 5
1．2．2 一致性算法的收敛性分析 8
1．2．3 一致性算法的设计与扩展 15
1．2．4 基于一致性算法的协作策略设计 18
1．3 本书概况 21
1．4 注释 23
致谢 23
第2章　关于单积分动力系统的一致性算法 24
2．1　基本算法 24
2．2　时不变通信拓扑下的一致性 27
2．2．1　采用连续时间算法的一致性 27
2．2．2　采用离散时间算法的一致性 40
2．3　时变通信拓扑下的一致性 43
2．3．1　采用连续时间算法的一致性 47
2．3．2　采用离散时间算法的一致性 51
2．3．3　仿真结果 53
2．4　注释 55
致谢 56
第3章　关于基准状态的一致性跟踪 57
3．1　问题描述 57
3．2　时不变一致基准状态 58
3．3　时变一致基准状态 61
3．3．1　基本的一致性跟踪算法 63
3．3．2　关于有界控制输入的一致性跟踪算法 70
3．3．3　一致基准状态的信息反馈 72
3．4　基于相对状态偏差的扩展 74
3．5　注释 75
致谢 76
第4章　关于双积分动力系统的一致性算法 77
4．1　一致性算法 77
4．1．1　时不变通信拓扑下的收敛性分析 79
4．1．2　切换通信拓扑下的收敛性分析 91
4．2　具有有界控制输入的一致性 97
4．3　无相对状态导数量测的一致性 101
4．4　注释 104
致谢 104
第5章 扩展到基准模型的双积分一致性算法 106
5．1 问题描述 106
5．2 具有信息状态导数基准模型的一致性 107
5．2．1 邻里航行体之间的信息状态导数相互耦合时的一致性 108
5．2．2 邻里航行体之间的信息状态导数没有耦合时的一致性 111
5．3 具有信息状态基准模型和信息状态导数基准模型的 一致性 113
5．3．1 所有航行体均可获知基准模型 113
5．3．2 领航-跟随策略 115
5．3．3 一般情况 116
5．4 注释 121
致谢 121
第6章 关于刚体姿态动力系统的一致性算法 122
6．1 问题描述 122
6．2 姿态一致性与最终角速度为零的情况 123
6．3 没有绝对和相对角速度量测的姿态一致性 128
6．4 姿态一致性与最终角速度非零的情况 130
6．5 仿真结果 131
6．6 注释 139
致谢 139
第7章 相对姿态保持与基准姿态跟踪 141
7．1 相对姿态保持 141
7．1．1 时不变相对姿态与最终角速度为0 141
7．1．2 时变相对姿态和时变角速度 142
7．2 基准姿态跟踪 143
7．2．1 刚体姿态由欧拉参数表示的基准姿态跟踪 143
7．2．2 刚体姿态由修正Rodriguez参数表示的基准姿态跟踪 149
7．3 仿真结果 151
7．4 注释 154
致谢 156
第8章 基于一致性的分布式多航行体协同控制设计方法 157
8．1 引言 157
8．2 协同控制问题中的耦合 159
8．2．1 目标耦合 160
8．2．2 局部耦合 160
8．2．3 全局耦合 161
8．2．4 时变耦合 162
8．3 具有最优协同目标的分布式协同控制方法 162
8．3．1 协同条件和协同目标 163
8．3．2 协作变量和协作函数 164
8．3．3 集中式协同方案 165
8．3．4 建立一致性 166
8．4 没有最优协同目标的分布式协同控制方法 168
8．4．1 由编队级（group-level）基准状态构成的协作变量 169
8．4．2 由航行体状态构成的协作变量 171
8．5 文献评述 173
8．5．1 编队队形控制 173
8．5．2 多个UAV的协同 176
8．6 本书后续内容 177
8．7 注释 178
致谢 178
第9章 多轮式移动机器人的集结和轴向校准 179
9．1 试验平台 179
9．2 试验运行 180
9．3 试验结果 183
9．3．1 集结问题 183
9．3．2 轴向校准问题 188
9．3．3 已得到的经验 189
9．4 注释 190
致谢 190
第10章 拥有虚拟领航者的多轮式移动机器人分布式队形控制 191
10．1 分布式编队队形控制体系结构 191
10．2 在多机器人平台上的试验结果 195
10．2．1 试验平台和试验运行 196
10．2．2 具有单个子编队领航者的编队队形控制 198
10．2．3 具有多个子编队领航者的编队队形控制 200
10．2．4 具有时变子编队领航者和时变通信拓扑的编队队形控制 201
10．3 注释 202
致谢 202
第11章 关于轮式移动机器人编队机动的分散行为方法 204
11．1 问题描述 204
11．2　编队机动 207
11．3　编队控制 209
11．3．1　耦合动力系统编队控制 210
11．3．2　基于无源化机器人阻尼的耦合动力系统编队控制 212
11．3．3　饱和控制 214
11．4　实物试验 217
11．5　注释 221
致谢 221
第12章 太空航天器的编队飞行 222
12．1 问题描述 222
12．1．1 基准坐标系 223
12．1．2 每艘航天器的期望状态 223
12．1．3 航天器动力系统 225
12．2 采用虚拟构造物方法的分散化体系结构 225
12．2．1 集中式体系结构 226
12．2．2 分散体系结构 226
12．3 编队分散控制策略 230
12．3．1 关于每艘航天器的编队控制策略 230
12．3．2 关于每个实例化虚拟构造物的编队控制策略 231
12．3．3 收敛分析 234
12．3．4 讨论 237
12．4 仿真结果 239
12．5 注释 244
致谢 244
第13章 多架空中无人航行体对火灾的协同监测 246
13．1 问题描述 246
13．2 关于单UAV的火线跟踪 249
13．3 编队协同跟踪 250
13．3．1 埋藏时间最小化 251
13．3．2 分布式火灾监视算法 253
13．4 仿真结果 257
13．4．1 火灾模型 257
13．4．2 火线跟踪 258
13．4．3 协同跟踪 259
13．5 注释 263
致谢 263
第14章 多架空中无人航行体协同监视问题 264
14．1 试验测试床 264
14．2 分散式协同监视 267
14．2．1 解决方法 269
14．2．2 分散协同识别问题的仿真结果 270
14．2．3 集中式相继摄像与集中式协同识别问题的飞行试验 273
14．3 注释 276
致谢 277
附录 278
参考文献 293