多移动目标包围控制算法研究及其在多车辆网络中的应用

本课题采用控制论、动力系统论、矩阵论与图论构建多移动目标包围控制算法研究的基本框架，并在多车辆网络上实现所设计的包围控制算法，验证其有效性和稳定性。具体研究内容包括：(1) 针对移动目标，设计跟踪机器人的多目标包围控制算法，并分析其稳定性；(2) 针对移动机器人的非完整约束，设计跟踪机器人的多目标包围控制算法，并分析其稳定性；(3) 针对具有特定逃逸策略的移动目标，设计跟踪机器人的多目标包围控制算法，并分析其性能；(4) 根据设计的包围控制算法，开发多车辆网络包围控制仿真平台与实验系统。项目研究结果将有效推动多目标包围控制理论的实用化，并为其在智能交通、海洋探测、国防军事等领域的应用提供理论保证和应用依据。

如何设计分布式算法跟踪多个移动目标的中心位置是多机器人包围控制的一个关键问题。本项目从机器人自身动力学的角度着手，研究了在不同动力学约束下的多移动目标中心位置的跟踪问题。对于一阶积分器系统，设计了分布式的估计算法，使得机器人可以获取或跟踪多个速度有界的移动目标的中心位置；并讨论了外部随机噪声以及有向拓扑结构对于多机器人系统跟踪效果的影响。对于二阶积分器系统，设计了非光滑的控制算法使机器人可以跟踪加速度有界的移动目标的中心位置。对于一般线性系统，讨论了移动目标中心的估计算法对初始化误差的鲁棒性问题。对于Euler-Lagrange 系统，将比例积分算法与自适应控制算法的思想结合起来，设计了适用于Euler-Lagrange系统的分布式估计算法。本项目的研究成果解决了包围控制的一个难点，并将在一定程度上推动多机器人系统包围控制问题的研究。在该项目的支持下，目前已发表或录用论文15篇，其中SCI收录论文8篇，EI收录论文7篇。有3篇期刊论文发表于"IEEE Transactions on Automatic Control"（系统与控制领域顶级期刊），1篇期刊论文发表于"IEEE Transactions on Circuits & Systems- II"。项目负责人获得了2014年度"福建省新世纪优秀人才计划"的资助，并入选了中国工业与应用数学学会复杂网络与复杂系统专业委员会委员。综上所述，本项目较好地完成了既定的研究目标，超额完成了计划书中的各项定量指标。