COOPERATIVE AND COORDINATED CONTROL OF MULTIVEHICLE SYSTEMS

COOPERATIVE AND COORDINATED CONTROL OF MULTIVEHICLE SYSTEMS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Ph.D. Thesis)
ipdf_merged (1).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 1 May 2022.

Download (2MB)

Arabic Abstract

ازداد الاهتمام البحثي لأنظمة التحكم التعاونية لارتباطها في العديد من التطبيقات الهندسية مثل التحكم في مجموعة من الروبوتات أو مهمات الإنقاذ الجماعي. هذه الرسالة تدرس أنظمة التحكم التعاونية للمركبات المتعددة بوجود وعدم وجود قائد للمركبات. في البداية، نقدم طريقة تحكم تُجبر المركبات على تغيير اماكنها لعمل شكل هندسي تم تعيينه مسبقا بالرغم من وجود حجب لخدمة الاتصال بين المركبات. تم اقتراح نظام تحكم متوزع بحيث يتم وصول المركبات الى أماكن وسرعات بنسب مختلفة عندما تكون القياسات غير مثالية. في الجزء الثاني من الرسالة، كان تركيز البحث على أنظمة التحكم التعاونية بوجود قائد للمركبات عن طريق استخراج معلومات عن المكان والسرعة دون قياسها. تم اشتقاق شروط كافية لضمان وصول المركبات الى حالة الاتفاق على المكان والسرعة باستخدام قواعد ليابانوف. تم تصميم برتوكول جديد بالإضافة الى مُنظم ارسال واستقبال القياسات لتقليل كميتها عبر شبكة الاتصالات. بالإضافة الى ذلك، تحليلات مفصلة قُدمت حول هذا البروتوكول لإثبات صحتها بحالتي المركبات الجماعية بوجود وعدم وجود قائد. بعدها تم تعميم الحالات السابقة لحل المشكلة عندما يكون النظام غير خطي. قمنا بدراسة تأثير وجود التأخير الزمني في نظام المركبة. جميع أنظمة التحكم التعاونية تمت محاكاتها عن طريق امثلة عملية لبيان فعاليتها وقدرتها على تحقيق الاتفاق بين المركبات.

English Abstract

Cooperative control of multiagent systems is an active and increasingly studied topic of research, with many engineering applications arising in multi-robot systems, rescue missions, and robotic manipulation. This thesis addresses the cooperative leader-following and leaderless control of multi-vehicle systems. In the first part of the the- sis, given a geometric pattern, the formation problem is investigated for discrete-time higher-order multiagent systems under denial-of-service (DoS) attacks. The considered attack scenario compromises agents rather than edges of the communication topology. This leads to a severe behavior of the multiagent systems and most of the existing techniques studying arbitrary switching dynamics fail to investigate this situation. Besides, we propose a distributed scaled-consensus protocol that utilizes a probabilistic quantization algorithm to solve the practical mean-square scaled-consensus problem. The second part of the thesis is focused on the leader-following and leaderless consensus problems of discrete-time multiagent systems. Employing an observer, the distributed control law of each agent is designed using local information to guarantee consensus, and the corresponding sufficient conditions are obtained by exploiting the graph and Lyapunov theory approach. A modified distributed event-triggered consensus protocol is also designed to reduce transmissions over the network. Detailed analysis of the leaderless and the leader-following consensus is presented for both observer-based and full information protocols. Then the consensus problem for nonlinear multiagent systems with time delay is studied based on an asynchronous event-triggered mechanism. We select an agent as a leader that is constrained by its neighbors and controlled by the proposed protocol as other agents. It has been theoretically demonstrated that the consensus problem of multiagent systems with nonlinear perturbation and time delays can be achieved if the control gains and the triggering parameters are appropriately selected. Finally, output synchronization of heterogeneous time-delay discrete-time multiagent systems is investigated via output couplings. Sufficient conditions are obtained to guarantee dissipativity for agents modeled by descriptor dynamics. Then a distributed consensus protocol based on the outputs of the neighboring agents is proposed to show that the individual dissipativity leads to output synchronization of the overall multiagent system. The proposed synchronization scheme exhibits strong robustness facing norm-bounded uncertainties. The proposed cooperative protocols are validated through simulation examples and the results show considerable improvements.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Systems
Engineering
Electrical
Mechanical
Department: College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor: Mahmoud, Magdi S.
Committee Members: Selim, Shokri Z. and Duffuaa, Saleh O. and AL-Sunni, Fouad M. and Elferik, Sami
Depositing User: BILAL KARAKI (g201408580)
Date Deposited: 02 May 2021 08:04
Last Modified: 02 May 2021 08:04
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141869