多航行体协同控制中的分布式一致性：理论与应用

图书标准信息

• 作者 任伟、兰德尔·W.比尔德 著；吴晓锋 译
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2014-03
• 版次 01
• ISBN 9787121224355
• 定价 75.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 336页
• 字数 302千字
• 正文语种 简体中文
• 丛书 海军新军事变革丛书

【内容简介】

本专著分为14章，主要内容包括：协同控制中的一致性算法概述；关于单积分动力系统和双积分动力系统的一致性算法；关于刚体姿态动力系统的一致性算法；编队集结和轴向校准、编队队形控制、太空编队航行、火灾监测和空中监视等应用问题。书中所列的六个附录分别介绍了图论和矩阵理论的相关概念，以及线性系统和非线性系统的背景知识。另外，作者还保留了一个网站，从中可以找到与本书若干章节相关的仿真实例和试验视频资料。

【作者简介】

吴晓锋，海军陆战学院教授、博士生导师。先后毕业于海军工程大学（学士、硕士）和中山大学（博士），并从华南理工大学控制科学与工程博士后流动站出站。曾由国家留学基金委公派前往美国加州大学河滨分校从事高级研究学者工作。

【目录】

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0141
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