Distributed cooperative control for multi-agent systems

par Guoguang Wen

Thèse de doctorat en Automatique, génie informatique, traitement du signal et image

Sous la direction de Ahmed Rahmani.

Le président du jury était Philippe Mathieu.

Le jury était composé de Kouider Nacer M'Sirdi, Yongguang Yu.

Les rapporteurs étaient Rachid Alami, François Charpillet, Zhisheng Duan.

  • Titre traduit

    Contrôle coopératif distribué pour systèmes multi-agents


  • Résumé

    Cette thèse considère principalement trois problèmes dans le domaine du contrôle distribué coopératif des systèmes multi-agents(SMA): le consensus, la navigation en formation et le maintien en formation d’un groupe d’agents lorsqu’un agent disparait. Nous proposons 3 algorithmes pour résoudre le problème du calcul distribué d’un consensus à partir de l’approche leadeur-suiveur dans le contexte SMA à dynamique non-linéaire. La référence est définie comme un leader virtuel dont on n’obtient, localement, que les données de position et de vitesse. Pour résoudre le problème du suivi par consensus pour les SMA à dynamique non-linéaire, nous considérons le suivi par consensus pour SMA de premier ordre. On propose des résultats permettant aux suiveurs de suivre le leadeur virtuel en temps fini en ne considérant que les positions des agents. Ensuite, nous considérons le suivi par consensus de SMA de second. Dans le cas de la planification de trajectoire et la commande du mouvement de la formation multi-agents. L’idée est d’amener la formation, dont la dynamique est supposée être en 3D, d’une configuration initiale vers une configuration finale (trouver un chemin faisable en position et orientation) en maintenant sa forme tout le long du chemin en évitant les obstacles. La stratégie proposée se décompose en 3 étapes. Le problème du Closing-Rank se traduit par la réparation d’une formation rigide multi-agents "endommagée" par la perte de l'un de ses agents. Nous proposons 2 algorithmes d’autoréparation systématique pour récupérer la rigidité en cas de perte d'un agent. Ces réparations s’effectuent de manière décentralisée et distribuée n’utilisant que des informations de voisinage


  • Résumé

    This dissertation focuses on distributed cooperative control of multi-agent systems. First, the leader-following consensus for multi-agent systems with nonlinear dynamics is investigated. Three consensus algorithms are proposed and some sufficient conditions are obtained for the states of followers converging to the state of virtual leader globally exponentially. Second, the consensus tracking for multi-agent systems with nonlinear dynamics is investigated. Some consensus tracking algorithms are developed, and some sufficient conditions are obtained. Based on these consensus tracking algorithms and sufficient conditions, it is shown that in first-order multi-agent systems all followers can track the virtual leader in finite time, and in second-order multi-agent systems the consensus tracking can be achieved at least globally exponentially. Third, the path planning and motion control of multi-agent formation is studied, where a practical framework is provided. In order to find a collision-free and deadlock-free feasible path for the whole formation, an optimizing algorithm is given to optimize the path generated by A* search algorithm. In order to realize the cohesive motion of a persistent formation in 3-dimensional space, a set of decentralized control laws is designed. Finally, the formation keeping problem is studied. We mainly focus on the closing ranks problem, which deals with the addition of links to a rigid multi-agent formation that is “damaged" by losing one of its agents, in order to recover rigidity. Some graph theoretical results are obtained, and some systematic ’self-repair’ operations are proposed to recover the rigidity in case of agent removals


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