Robust Behavioral-Control of Multi-Agent Systems. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Robust_Behavioral_Control_of_Multiagent_Systems.pdf Download (21MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الدراسة يتم تقديم إطار موحد لتصميم البروتوكولات شبه الخطية وغير الخطية المعتمدة على الدوال للتحكم في سلوك الأنظمة متعددة الأطراف المتصلة عبر شبكات الاتصالات. يتم أيضاً تفصيل اللّبنات الأساسية للإطار المقترح ، ويتم إثبات عموميتها من خلال مقارنتها ببعض النتائج الرئيسية المتوفرة في الأدبيات ذات الصلة. إن قابلية تطبيق الإطار في إنتاج العديد من السلوكيات التي تحكم التفاعل بين الأنظمة المكانية المتصلة يتم إثباتها من خلال المحاكاة بشكل أساسي حيث يتم توفير إثباتات الاستقرار والتقارب. إن السلوكيات المختلفة للأنظمة المتصلة ، وبشكل رئيسي عبر الشبكات ثنائية الٳتجاه ، يتم تحقيقها بواسطة متغيرات التوصيل الجيدة التصميم حيث التوافق و التجميع و تكوين الإجماع و التشكيل و الٳنتشار و الاحتواء والمرافقة هي بعض الأمثلة على السلوكيات القابلة للتحقيق. يمكن اختيار السلوكيات المركبة و المخزنة في بنك السلوك عن طريق آلية اختيار السلوك المناسبة التي يتم التحكم فيها مباشرة بواسطة الذكاء الٳصطناعي الداخلي للنظام أو بشكل غير مباشر من خلال آلية تخطيط المهمة. ويشكل دمج first integrals و non-linear eigenvalue problems جوهر هذا الإطار. يتم التعامل مع قضايا الاستقرار بشكل رئيسي باستخدام خصائص M-matrices ومبدأ.Lasalle يتم ٲيضاࣧ شرح العلاقة بين بروتوكولات الإجماع وpotential fields واستخدامها. كما يتم تقديم أمثلة بسيطة لإظهار قابلية تطبيق الإطار المقترح في تصميم عناصر التحكم المحدودة التي تفي بأداء محدد. كما يتم تقديم استخدام الدوال المعتمدة على الحالة للتحكم في التبديل بين السلوكيات المختلفة. يتم استخدام العديد من السلوكيات البدائية لبناء بنوك سلوكية أكثر تطوراً يتم تخزينها في كل نظام مما يسمح لكل نظام باختيار أو اتباع السلوك المختار. يتم أيضاࣧ تصميم البروتوكولات للحفاظ على الاتصال والنتيجة هي مخطط حركة و منسق متطور. يمكن للأنظمة قيد النظر أن تكون روبوتات بحرية أو جوية أو أرضية. يتم تطوير أنظمة المولدات الكينماتية والكينامية الديناميكية على حد سواء وتكاملها مع وحدات تحكم ذكية تفاعلية ونموذجية مبنية على نماذج تفاعلية لتسهيل التفاعل مع أماكن عمل أكثر واقعية. يتم استخدام harmonic potential fields لنمذجة البيئة للتمكين من تجنب الٳصطدام. يتم الجمع بين كل من سلوكيات تجنب التصادم و المحافظة على الٳتصال بطريقة بسيطة ، ولكنها فعالة. يتم تقديم النظام الديناميكي من الدرجة الثانية ، و الخطي غير الثابت ، والأنظمة غير الخطية ، والنماذج الأخرى ذات الأبعاد الأعلى ، حيث توضح منهجية التمثيل الخاصة المقدمة مدى فائدة الإطار المقترح عند التعامل مع هذه الأنظمة. يمكن ترقية خطوات التصميم المقدمة بسهولة للتعامل مع الأنظمة الديناميكية غير متجانسة السمات. يوفر الإطار الوسائل لتسهيل بناء سلوكيات قوية و محكمة يمكنها التعامل مع الاضطرابات والضوضاء والشكوك في عملية صنع القرار و الأنظمة الديناميكية المشاركة. في الحالة الأخيرة ، أصبح التكامل مع وحدة محلية ذات تحكم قوي و محكم ممكناً في إطار العمل المقترح.

English Abstract

A unifying framework for designing distributed semi-linear and nonlinear state-dependent protocols to control the behavior of multiagent systems over communication networks is presented. The building blocks of the proposed framework are detailed, and its generality is demonstrated through comparing it to some major results available in the related literature. The applicability of the framework in producing several behaviors that govern the interaction among the connected spatial agents is demonstrated through mainly simulation where proofs of stability and convergence are provided. Various behaviors of the connected agents, mainly on undirected graphs, are achieved by well-designed couplings where consensus, clustering, shape consensus, formation, deployment, containment and escorting are some examples of the achievable behaviors. Composite behaviors stored in a behavior bank can be selected by a suitable behavior selection mechanism that is controlled directly by the agent’s embedded artificial intelligence or indirectly through a mission planning utility. The integration of first integrals and nonlinear eigenvalue problems constitute the core of this framework. Stability issues are mainly handled using properties of M-matrices and Lasalle’s principle. The relation between consensus protocols and potential fields are explained and utilized. Simple examples to show the applicability of the proposed framework in designing bounded controls that meet a prescribed performance are also provided. Using state-dependent parameterization to control the switching between the various behaviors is also presented. The multitude of primitive behaviors are used to build more sophisticated behavioral banks that reside in each agent permitting each agent to choose or follow this chosen behavior. Designing connectivity-preserving protocols is also addressed. The result is a sophisticated distributed coordination motion planner. The agents under consideration could be maritime, airborne or ground robots. Both kinematical and kino-dynamical trajectory-generator systems are developed and integrated with reactive and hybrid-model-based-reactive intelligent controllers to facilitate interacting with more realistic working spaces. Harmonic potential fields are utilized to model the environment to enable collision-avoidance. Both collision-avoidance and connectivity-preserving behaviors are combined in a simple, yet, efficient way. Second-order, general linear time-invariant, nonlinear systems, and other models with higher dimensions are presented, where a special representation methodology reveals the usefulness of the proposed framework when dealing with such systems. The design steps presented can be easily upgraded to deal with systems of heterogeneous dynamical features. The framework provides the means to facilitate building robust behaviors that can handle disturbances, noise and uncertainties in the decision-making process and the involved agents’ dynamics. In the latter case, the integration with a robust local controller is made possible under the proposed framework.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Systems Engineering Aerospace Mechanical
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	El-Ferik, Sami
Committee Members:	Elshafei, Moustafa and Cheded, Lahouari and Abido, Mohammad and Hawwa, Muhammad
Depositing User:	YAZAN MOHAMMAD AL-RAWASHDEH (g201203500)
Date Deposited:	13 May 2018 03:49
Last Modified:	31 Dec 2020 06:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140706