异质群体系统的相依模型及协同控制研究

Modeling and cooperative control of swarm system is a frontier issue in the field of complexity science, it attracts much attention of the scholars from many subjects. Aiming at heterogeneity and interdependent property which widely exists in real swarm system, and problem of controllability and robustness in confrontation or uncertainty environment, we will focus on interdependent model and cooperative control law of heterogeneous swarm system. Firstly, sub-swarm will be built based on heterogeneous property of individuals, and interdependent model will be built based on interdependent relationship between individuals and sub-swarms. Cascading failure procedure will be studied while some individuals are failure under attack, and individual robustness protection strategy for suppressing cascading failure of interdependent heterogeneous swarm system will be proposed. Secondly, combined with controllability theory of large scalable system, pinning and containment control will be used to study controllable conditions of interdependent heterogeneous swarm system, and controllable and optimal cooperative control law will be proposed. Thirdly, aiming at cooperative tracking of object with uncertain information, distributed cooperative control theory and relative dynamic characteristic analysis method are studied under incomplete information. Finally, we make empirical research for the above theories according to the actual swarm system.

群体系统的建模及协同控制是复杂性科学研究的前沿问题，受到多学科众多学者的高度关注。针对实际群体系统中广泛存在的异质性和相依性，以及存在对抗或不确定环境中系统的可控性与鲁棒性问题，本项目将着重研究异质群体系统的相依模型及协同控制策略，首先基于个体的功能或性质的异质性建立子群体，基于个体及子群体间的相依关系建立相依模型，分析个体受损时产生的级联失效情况，研究相依异质群体系统对抗级联失效的鲁棒性保护策略；随后结合复杂大系统的可控性理论与牵制包含思想，探索相依异质群体系统可控条件，给出控制成本优化的协同控制策略；而后针对目标信息未知状况下的协同跟踪问题，研究信息不完全条件下相依异质群体系统的协同控制理论及相应的动态特性分析方法；最后基于实验平台对上述理论进行实验论证。

群体系统的建模及协同控制是复杂性科学研究的前沿问题，受到多学科众多学者的高度关注。针对非理想网络环境状态下群体系统的可控性与鲁棒性问题，以及群体系统广泛存在的异质性和相依性，本项目首先考虑在一些比较复杂的工作环境下,系统会受到时滞、外部扰动、传感范围的限制、通讯障碍和成本的影响，重点讨论在非理想网络环境状态下保障群体系统全局鲁棒性的控制问题，优化系统控制性能；其次从复杂网络的角度出发研究群体系统拓扑结构抗毁性和可控性的内涵，基于个体间的相依关系建立相依模型，分析级联失效对网络可控性影响，结合电力信息物理系统的实际特性，构建了电力网与信息网的相依网络模型，提出可有效提升电力信息物理系统的稳定性策略；随后从个体性质不同和子群体拓扑结构不同的角度出发，构建异质群体系统的相依模型，通过演化模型来描述子群体间的相互依存关系并进行量化分析，针对个体惯性异质及控制效率不高、能量消耗的问题，基于相对局部位置信息，设计可有效提升控制效率的分布式控制协议；最后将群体系统一致性理论和可控性方面的研究策略，应用于实际多智能群体系统的一致性控制和包含控制之中，设计一致性和可控包含控制协议实现稳定的群集行为。