Recent Advanced Methods and Results in Distributed Cooperative Control

Abstract

The presented habilitation treatise takes the form of a collection of selected journal and conference papers published by the applicant in the recent five years. The unifying theme of distributed cooperative control can be seen as a common thread tying the whole collection together. Taken together, these present an author’s contribution towards the current state- of-the-art in cooperative control. They bring interesting novel theoretical results and compelling applications, as well as open potential avenues of future research. In particular, the first chapters describe theoretical results for homogeneous agen ts ’ state synchronization and heterogeneous agent output synchronization . The following two chapters bring some applications to a compelling problem of distributed estimation and control, with specific focus on, but not limited to, distributed vibration reduction. Final chapter considers adaptation to yield completely distributed synchronization protocols. A concise exposition of related recent results in distributed control of homogeneous agents , in Chapter 1, provides a wider framework for two immediate sequels. First of these , Chapter 2, brings technical details on state synchronization of homogeneous agents using static output -feedback. The following Chapter 3, on the other hand, extends the synchronizing region meth ods by considering communication delays . The fourth chapter, in contrast, considers general heterogeneous agents ; providing conditions for output -synchronization and an L 2 -bound in case of disturbances acting on the system . Building further on the revealed necessary and sufficient single -agents ’ conditions required for this, the fifth chapter casts output -synchronization and disturbance suppression in the form of graphical games. On the applied side, Chapter 6 proposes networked observers tha t distributively fuse plant ’s estimates for control of large linear-time-invariant plants. If several measurements of differing reliability are available, one can further attempt sensor fusion, as discussed in Chapter 7. This then ideally improves on even the most precise measurements. The final Chapter 8 investigates adaptive consensus protocols, replacing the only remaining centralized piece of information required in the synchronizing region-based designs with dynamic adaptation. The se results are applicable, in principle, to all synchronizing region based designs, which, in turn, makes them all fully distributed.

Prezentovaný habilitační spis má formu souboru vybraných časopiseckých a konferenčních článků, které uchazeč publikoval v posledních pěti letech. Jednotící téma distribuované ho kooperativního řízení lze považovat za společnou nit spojující celou sbírku dohromady. Tyto články představují příspěvek autora k současnému stavu poznání v kooperativní m řízení . Přinášejí zajímavé nov é teoretické výsledky a slibné aplikace, stejně jako otevřené možnosti budoucího výzkumu. Zejména první kapitol y popisují teoretické výsledky pro synchronizaci stavu homogenních agent ů a synchronizaci výstupu heteroge n ní ch agent ů . Následující dvě kapitoly přinášejí některé aplikace k důležitému problému distribuovaného odhadu a řízení se zvláštním zaměřením na distribuované snížení vibrací. Závěrečná kapitola se zabývá adaptivními protokoly, kter é přináší úp lnou distribuovanou synchronizaci. Stručné představení souvisejících nedávných výsledků v distribuované m řízení homogenních agent ů v kapitole 1 poskytuje širší rámec pro dvě následující kapitoly. První z nich, kapitola 2, přináší technické detaily o synchronizaci stavu homogenních agen t ů pomocí statické výstupní zpětné vazby. Následující kapitola 3 na druhé straně rozšiřuje metody synchronizační oblasti o zahrnutí komunikačních zpoždění. Čtvrtá kapitola se naopak věnuje všeobecný m heterogenní m agent ům a představuje podmínky pro výstupní synchroniz aci a potlačení poruch působících na systém. Pátá kapitola na základě odhalen ých nezbytných a postačujících podmínek ukazuje synchronizaci výstupů a potlačení poruch v podobě grafických her. V souvislosti s aplikacemi kapitola 6 navr huje síťové pozorovatele, kteří slučují odhady stavů pří řízení velkých lineárních časově invariantních systémů . P okud je k dispozici několik měření rozdílné spolehlivosti, lze se pokusit o fúzi senzorů, jak je uvedeno v kapitole 7. Tím lze zlepš it i nejpřesnější měření. Závěrečná kapitola 8 zkoumá protokoly adaptivní ho konsenz u nahrazením jedin ého zbývající ho centralizovan ého požadovaného údaj e v návrzích založených na synchronizační oblasti dynamickou adaptací. Výsledky jsou v zásadě použitelné pro všechny návrhy založené na synchronizační oblasti, které tak všechny dělají plně distribuované