서로 다른 위치 및 속도 네트워크 토폴로지를 고려한이차 다개체 시스템의 봉쇄제어
Containment Control of Second-order Multi-agent Systems under Heterogeneous Position and Velocity Network Topologies
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초록
다개체 시스템은 개체라 불리는 여러 서브 시스템들이 상호작용을 통하여 단일 시스템에서는 수행할 수 없는 임무를 수행할 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 다수의 리더 개체들과 추종 개체들로 구성된 다개체 시스템을 고려하여 군집을 달성하기 위한 봉쇄제어 문제를 연구한다. 봉쇄제어는 추종 개체들을 리더 개체들에 의해 생성되는 볼록 껍질(convex hull) 안으로 수렴시킴으로써 군집 현상을 달성하는 것이 목표이다. 한편, 다개체 시스템의 안정적인 운용을 위해서는 실제 환경에서 발생하는 제약조건을 고려해야 한다. 실제 환경에서는 네트워크의 안전성 또는 정보 손실 등의 이유로 위치와 속도 정보의 통신 네트워크가 다르게 구성될 수 있다. 또한, 구동기의 출력에는 제약이 존재하고, 이로 인하여 시스템의 성능 저하 및 불안정성이 야기될 수 있다. 따라서, 본 논문에서는 서로 다른 위치 및 속도 정보 네트워크 토폴로지와 구동기 포화를 고려하여 봉쇄제어의 목표를 달성하기 위한 PID(Proportional-Integral-Derivative) 기반의 알고리즘을 제안한다. 봉쇄 오차 시스템의 안정성 판별을 기반으로 목표를 달성하기 위한 제어이득과 네트워크 연결성에 대한 조건을 분석하고, 모의실험을 통하여 해석의 타당성을 검증하였다.
Abstract
Multi-agent systems, composed of multiple interacting subsystems called agents, have been widely studied since they accomplish tasks that a single system cannot. This paper studies the containment control problem for multi-agent systems consisting of multiple leader agents and follower agents. The containment control aims to achieve the collective behavior by driving the follower agents into the convex hull generated by the leader agents. Meanwhile, to ensure the safe operation of multi-agent systems, it is necessary to consider various constraints that occur in real environments. In practical applications, the communication networks for the position and velocity information can have different structure due to the network safety or the information loss. Moreover, there are constraints on the output of the actuators, which can lead to performance degradation and instability of the system. Therefore, this paper proposes the PID-based algorithm to achieve the goal of the containment control considering the heterogeneous position and velocity network topologies and actuator saturations. Based on the stability analysis of the containment error system, the conditions for the control gains and network connectivity are derived, and the validity of the analysis is verified through simulations.
참고문헌 (13)
- R. Olfati-Saber, "Consensus and cooperation in networked multi-agent systems", Proceedings of IEEE, 95(1), pp.215~233 (2007)
- M. J. Kang, "PID-based consensus and formation control of second-order multi-agent systems with heterogeneous state information", Journal of the Institute of Convergence Signal Processing, 24(2), pp.103~111 (2023)
- S. Thapa, "Cooperative aerial manipulation with decentralized adaptive force-consensus control", Journal of Intelligent &Robotic Systems, 97(1), pp.171~183 (2020)
- J. M. Song, "Implementation of a wireless distributed sensor network using data fusion kalman-consensus filter", Journal of the Institute of Convergence Signal Processing, 14(4), pp.243~248 (2013)
- Y. Cao, "Distributed containment control with multiple stationary or dynamic leaders in fixed and switching directed network", Automatica, 48(8), pp.1586~1597 (2012)
- Y. BAN, "Robust containment control of second-order fixed topology multi-agent systems", IEEE Access, 11, pp.64087~64096 (2023)
- G. Wen, "Containment of high-order multi-leader multi-agent systems : a dynamic output approach", IEEE Transactions on Automatic Control, 61(4), pp.1135~1140 (2016)
- J. Zhang, "Containment control of general linear multi-agent systems by event-triggered control mechanisms", Neurocomputing, 433(14), pp.263~274 (2021)
- J. Fu, "Distributed robust global containment control of second-order multiagent systems with input saturation", IEEE Transactions on Control of Network Systems, 6(4), pp.1426~1437 (2019)
- J. Xu, "Containment control with input and velocity constraints", Automatica, 142, pp.110417~ (2022)
- J. Qin, "Containment control for second-order multiagent systems communicating over heterogeneous networks", IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 28(9), pp.2143~2155 (2017)
- J. Feng, "Distributed finite-time and fixed-time containement control for nonlinear multi-agent systems under heterogeneous networks", IEEE Access, 12, pp.27039~27051 (2024)
- H. K. Khalil, "Nonlinear Systems" (2002), Upper Saddle River