Σχεδίαση Ευφυών Κατανεμημένων Νόμων Ελέγχου για Σχηματισμό Διάταξης Κινούμενων Ρομπότ

Abstract

Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη και υλοποίηση ενός προσαρμοστικού ευφυούς νόμου ελέγχου, για την επίλυση του προβλήματος συμφωνίας και διάταξης γύρω από έναν ηγέτη, ενός πολυπρακτορικού συστήματος που αποτελείται από κινητά ρομπότ. Το προς μελέτη σύστημα είναι μη γραμμικό με άγνωστη δυναμική για την εκμάθησή της οποίας χρησιμοποιούνται Νευρωνικά Δίκτυα Υψηλότερης Τάξης.

Το πρόβλημα προσεγγίζεται από δύο διαφορετικές οπτικές γωνίες, και ως εκ τούτου, πραγματοποιούνται δύο μελέτες για το ίδιο ρομποτικό σύστημα.

Στη μεν πρώτη, εξετάζεται ένας κατανεμημένος νόμος ελέγχου, για την δημιουργία του οποίου χρησιμοποιείται ο ''PI Μετασχηματισμός Λάθους Συμφωνίας''. Ο γράφος που αναπαριστά την μετάδοση της πληροφορίας μεταξύ των πρακτόρων έχει γεννητικό δέντρο με ρίζα τον ηγέτη. Αρχικά, αποδεικνύεται ότι η σύγκλιση του μετασχηματισμού σε μία μικρή γειτονιά περί της αρχής των αξόνων συνεπάγεται προσεγγιστικό leader-follower consensus των πρακτόρων. Έπειτα, γίνεται ο σχεδιασμός του νόμου ελέγχου χρησιμοποιώντας τεχνικές από την θεωρία Lyapunov, τον προσαρμοστικό έλεγχο, τη backstepping μεθοδολογία και τα νευρωνικά δίκτυα υψηλότερης τάξης.

Στην δεύτερη, εξετάζεται ένας κατανεμημένος νόμος ελέγχου για την επίτευξη leader-follower formation των πρακτόρων, ο οποίος εξασφαλίζει επιπρόσθετα την ιδιότητα της αποφυγής συγκρούσεων μεταξύ των κινητών ρομπότ. Για το σκοπό αυτό, εισάγεται μία συνάρτηση δυναμικού η οποία ενεργοποιείται μόνο όταν οι πράκτορες έχουν πλησιάσει περισσότερο από κάποιο επιτρεπτό όριο. Ο γράφος που αναπαριστά την μετάδοση της πληροφορίας μεταξύ των πρακτόρων έχει γεννητικό δέντρο με ρίζα τον ηγέτη ενώ ο υπογράφος που αναπαριστά την επικοινωνία μεταξύ των ακολούθων θα πρέπει να είναι μη κατευθυνόμενος.

Τέλος, τα προτεινόμενα σχήματα ελέγχου υλοποιούνται σε περιβάλλον Simulink/Matlab, ξεχωριστά για την κάθε περίπτωση. Οι προσομοιώσεις επιβεβαιώνουν τα θεωρητικά αποτελέσματα και την αποτελεσματικότητα της σχεδίασης του ελέγχου.