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Flocking control of a fleet of unmanned aerial vehicles 被引量:3
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作者 Adel BELKADI Zhixiang LIU +2 位作者 Laurent CIARLETTA Youmin ZHANG Didier THEILLIOL 《Control Theory and Technology》 EI CSCD 2018年第2期82-92,共11页
Current applications using single unmanned vehicle have been gradually extended to multiple ones due to their increased efficiency in mission accomplishment, expanded coverage areas and ranges, as well as enhanced sys... Current applications using single unmanned vehicle have been gradually extended to multiple ones due to their increased efficiency in mission accomplishment, expanded coverage areas and ranges, as well as enhanced system reliability. This paper presents a flocking control method with application to a fleet of unmanned quadrotor helicopters (UQHs). Three critical characteristics of formation keeping, collision avoidance, and velocity matching have been taken into account in the algorithm development to make it capable of accomplishing the desired objectives (like forest/pipeline surveillance) by safely and efficiently operating a group of UQHs. To achieve these, three layered system design philosophy is considered in this study. The first layer is the flocking controller which is designed based on the kinematics of UQH. The modified Cucker and Smale model is used for guaranteeing the convergence of UQHs to flocking, while a repelling force between each two UQHs is also added for ensuring a specified safety distance. The second layer is the motion controller which is devised based on the kinetics of UQH by employing the augmented state-feedback control approach to greatly minimize the steady-state error. The last layer is the UQH system along with its actuators. Two primary contributions have been made in this work: first, different from most of the existing works conducted on agents with double integrator dynamics, a new flocking control algorithm has been designed and implemented on a group of UQHs with nonlinear dynamics. Furthermore, the constraint of fixed neighbouring distance in formation has been relaxed expecting to significantly reduce the complexity caused by the increase of agents number and provide more flexibility to the formation control. Extensive numerical simulations on a group of UQH nonlinear models have been carried out to verify the effectiveness of the proposed method. 展开更多
关键词 FLOCKING unmanned aerial vehicles unmanned quadrotor helicopters cucker and Smale formation control
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一个包含目标趋向性的增强型Cucker-Smale群体运动模型 被引量:7
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作者 曾庆荣 李鹏飞 +1 位作者 季袁冬 罗懋康 《四川大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2020年第5期841-846,共6页
在生物群集运动中,群成员往往具有共同目的,且仅在局部范围内进行信息交互.鉴于此,本文在描述生物群集运动的Cucker-Smale模型基础上引入目标趋向作用和几何邻域,建立了一个增强型Cucker-Smale群体运动模型,并结合速度匹配、避免碰撞、... 在生物群集运动中,群成员往往具有共同目的,且仅在局部范围内进行信息交互.鉴于此,本文在描述生物群集运动的Cucker-Smale模型基础上引入目标趋向作用和几何邻域,建立了一个增强型Cucker-Smale群体运动模型,并结合速度匹配、避免碰撞、群体聚集及趋向目标这四个群体目标建立了相应的效能函数.仿真结果验证了模型的有效性. 展开更多
关键词 cucker-Smale模型 目标趋向 几何邻域 群聚行为
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基于通信时滞和噪音的群集运动 被引量:3
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作者 王世丽 金英花 吴晨 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2019年第10期311-315,共5页
现实生活中,群集运动是一种很常见的现象。然而在群集系统中,由于有限的速度以及拥挤的交通,通常智能体间的传播和沟通存在时间延迟,因此考虑时间延迟很有必要。此外,在现实环境中,由于外界环境的各种不确定因素,智能体也很容易受到噪... 现实生活中,群集运动是一种很常见的现象。然而在群集系统中,由于有限的速度以及拥挤的交通,通常智能体间的传播和沟通存在时间延迟,因此考虑时间延迟很有必要。此外,在现实环境中,由于外界环境的各种不确定因素,智能体也很容易受到噪音的影响,因此噪音也是必须考虑的。基于以上两点,文中对具有通信时滞和噪音的多智能体系统的群集运动进行了研究。具体考虑了具有通信时滞和噪音的Cucker-Smale模型,主要利用二次函数的性质证明智能体间的通信时滞和噪音强度在满足一定的条件下,多智能体系统依然可以达到群集运动。最后通过Matlab进行数值仿真,并给出仿真后的例子,结果表明了该理论的正确性。 展开更多
关键词 群集运动 cucker-Smale模型 通信时滞 噪音 多智能体系统
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Flocking with General Local Interaction and Large Population 被引量:2
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作者 CHEN Ge LIU Zhixin 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2019年第6期1498-1525,共28页
This paper studies a flocking model in which the interaction between agents is described by a general local nonlinear function depending on the distance between agents. The existing analysis provided sufficient condit... This paper studies a flocking model in which the interaction between agents is described by a general local nonlinear function depending on the distance between agents. The existing analysis provided sufficient conditions for flocking under an assumption imposed on the system’s closed-loop states; however this assumption is hard to verify. To avoid this kind of assumption the authors introduce some new methods including large deviations theory and estimation of spectral radius of random geometric graphs. For uniformly and independently distributed initial states, the authors establish sufficient conditions and necessary conditions for flocking with large population. The results reveal that under some conditions, the critical interaction radius for flocking is almost the same as the critical radius for connectivity of the initial neighbor graph. 展开更多
关键词 CONSENSUS cucker-Smale model flocking model multi-agent systems random geometric graph
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EXISTENCE AND UNIQUENESS OF ENTROPY SOLUTION TO PRESSURELESS EULER SYSTEM WITH A FLOCKING DISSIPATION 被引量:2
5
作者 金春银 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2016年第5期1262-1284,共23页
We study the existence and uniqueness problem for the nonhomogeneous pressureless Euler system with the initial density being a Radon measure. Our uniqueness result is obtained in the same space as the existence theor... We study the existence and uniqueness problem for the nonhomogeneous pressureless Euler system with the initial density being a Radon measure. Our uniqueness result is obtained in the same space as the existence theorem. Besides, by counterexample we prove that Huang-Wang’s energy condition is also necessary for our nonhomogeneous system. 展开更多
关键词 pressureless Euler system cucker-Smale model entropy solution FLOCKING
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主从Cucker-Smale系统的有限时间蜂拥行为 被引量:2
6
作者 刘友权 王晨光 侍红军 《山东大学学报(工学版)》 CAS 北大核心 2018年第5期61-68,共8页
基于有限时间稳定性理论,研究主从Cucker-Smale系统的有限时间蜂拥行为。通过李雅普诺夫函数方法,得到蜂拥在有限时间发生所需的条件。研究结果表明:收敛时间和种群规模以及智能体与领导者之间的耦合强度有关。收敛时间随种群规模和耦... 基于有限时间稳定性理论,研究主从Cucker-Smale系统的有限时间蜂拥行为。通过李雅普诺夫函数方法,得到蜂拥在有限时间发生所需的条件。研究结果表明:收敛时间和种群规模以及智能体与领导者之间的耦合强度有关。收敛时间随种群规模和耦合强度的增大而减小。在数值模拟中,速度和速度差的演化曲线证实了理论结果的可靠性。 展开更多
关键词 蜂拥 有限时间 主从 cucker-Smale系统
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FLOCKING OF A THERMODYNAMIC CUCKER-SMALE MODEL WITH LOCAL VELOCITY INTERACTIONS
7
作者 金春银 李双智 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2024年第2期632-649,共18页
In this paper, we study the flocking behavior of a thermodynamic Cucker–Smale model with local velocity interactions. Using the spectral gap of a connected stochastic matrix, together with an elaborate estimate on pe... In this paper, we study the flocking behavior of a thermodynamic Cucker–Smale model with local velocity interactions. Using the spectral gap of a connected stochastic matrix, together with an elaborate estimate on perturbations of a linearized system, we provide a sufficient framework in terms of initial data and model parameters to guarantee flocking. Moreover, it is shown that the system achieves a consensus at an exponential rate. 展开更多
关键词 FLOCKING local interaction thermodynamical cucker-Smale model stochastic matrix neighbor graph
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THE GLOBAL EXISTENCE OF STRONG SOLUTIONS TO THERMOMECHANICAL CUCKER-SMALE-STOKES EQUATIONS IN THE WHOLE DOMAIN
8
作者 邹委员 《Acta Mathematica Scientia》 SCIE CSCD 2024年第3期887-908,共22页
We study the global existence and uniqueness of a strong solution to the kinetic thermomechanical Cucker-Smale(for short,TCS) model coupled with Stokes equations in the whole space.The coupled system consists of the k... We study the global existence and uniqueness of a strong solution to the kinetic thermomechanical Cucker-Smale(for short,TCS) model coupled with Stokes equations in the whole space.The coupled system consists of the kinetic TCS equation for a particle ensemble and the Stokes equations for a fluid via a drag force.In this paper,we present a complete analysis of the existence of global-in-time strong solutions to the coupled model without any smallness restrictions on the initial data. 展开更多
关键词 thermomechanical cucker-Smale model Stokes equations strong solutions global existence
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Flocking Effects of the Stochastic Cucker-Smale System with Noise
9
作者 HAN Ning GE Bin LI Lin 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2024年第5期1978-1994,共17页
In this paper,the flocking behavior of a Cucker-Smale model with a leader and noise is studied in a finite time.The authors present a Cucker-Smale system with two nonlinear controls for a complex network with stochast... In this paper,the flocking behavior of a Cucker-Smale model with a leader and noise is studied in a finite time.The authors present a Cucker-Smale system with two nonlinear controls for a complex network with stochastic synchronization in probability.Based on the finite-time stability theory of stochastic differential equations,the sufficient conditions for the flocking of stochastic systems in a finite time are obtained by using the Lyapunov function method.Finally,the numerical simulation of the particle system is carried out for the leader and noise,and the correctness of the results is verified. 展开更多
关键词 cucker-Smale model flocking behavior LEADER noise
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Flocking of a Cucker–Smale Type Model with Compactly Supported Interaction Functions
10
作者 Chun Yin JIN Shuang Zhi LI 《Acta Mathematica Sinica,English Series》 SCIE CSCD 2024年第9期2285-2296,共12页
How to analyze flocking behaviors of a multi-agent system with local interaction functions is a challenging problem in theory.Motsch and Tadmor in 2011 also stressed the significance to assume that the interaction fun... How to analyze flocking behaviors of a multi-agent system with local interaction functions is a challenging problem in theory.Motsch and Tadmor in 2011 also stressed the significance to assume that the interaction function is rapidly decaying or cut-off at a finite distance(cf.Motsch and Tadmor in J.Stat.Phys.2011).In this paper,we study the flocking behavior of a Cucker–Smale type model with compactly supported interaction functions.Using properties of a connected stochastic matrix,together with an elaborate analysis on perturbations of a linearized system,we obtain a sufficient condition imposed only on model parameters and initial data to guarantee flocking.Moreover,it is shown that the system achieves flocking at an exponential rate. 展开更多
关键词 cucker-Smale model local interaction FLOCKING stochastic matrix neighbor graph
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Cucker-Smale系统的控制研究
11
作者 杨学海 魏鑫彤 +2 位作者 胡中明 朱剑 裴萍 《软件工程与应用》 2024年第5期646-650,共5页
Cucker-Smale系统中每个个体与其相邻个体的联系对其他个体产生有限的局部影响,最终实现全部个体状态一致。该系统被广泛应用于生态网络、控制理论、通信工程、模式识别和仿生学等领域。本文根据Cucker-Smale系统的控制研究现状,介绍了... Cucker-Smale系统中每个个体与其相邻个体的联系对其他个体产生有限的局部影响,最终实现全部个体状态一致。该系统被广泛应用于生态网络、控制理论、通信工程、模式识别和仿生学等领域。本文根据Cucker-Smale系统的控制研究现状,介绍了近期取得的理论成果,包括Cucker-Smale系统渐进和牵引蜂拥、带有噪声和时滞影响下的Cucker-Smale系统蜂拥、具有leader-follow关系的Cucker-Smale系统蜂拥。进一步详细介绍了牵引蜂拥及具有leader-follow关系的Cucker-Smale系统蜂拥控制的优点,同时给出下一步需要解决的具体问题。In the Cucker-Smale system, the interaction between each individual and its neighboring individuals exerts a limited local influence on other individuals, ultimately leading to consensus among all individuals. This system has been widely applied in various fields such as ecological networks, control theory, communication engineering, pattern recognition, and bionics. In this article, based on the current status of control research on the Cucker-Smale system, we introduce recent theoretical achievements, including asymptotic and pinning swarming of the Cucker-Smale system, swarming of the Cucker-Smale system with noise and time delay effects, and swarming of the Cucker-Smale system with leader-follow relationships. Further detailed introduction was given to the advantages of pinning swarming and the crowding control of the Cucker-Smale system with the leader-follow relationship while providing specific issues to be addressed in the next step. 展开更多
关键词 cucker-Smale系统 蜂拥 牵引控制 噪声 时滞 研究进展
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一类改进的Cucker-Smale模型固定时间免碰撞集群行为的研究
12
作者 李鑫悦 肖其珍 +1 位作者 王琳 刘宏亮 《南华大学学报(自然科学版)》 2023年第4期90-96,共7页
对一类改进的Cucker-Smale模型进行研究,通过设置新型的连续、非Lipschitz控制器和基于构建Lyapunov函数,得到改进的Cucker-Smale系统达到固定时间集群的充分条件。利用不等式和图论相关理论,得到集群发生过程中免碰撞的充分条件。最后... 对一类改进的Cucker-Smale模型进行研究,通过设置新型的连续、非Lipschitz控制器和基于构建Lyapunov函数,得到改进的Cucker-Smale系统达到固定时间集群的充分条件。利用不等式和图论相关理论,得到集群发生过程中免碰撞的充分条件。最后,通过数值模拟验证结果的有效性。 展开更多
关键词 cucker-Smale模型 固定时间集群 免碰撞 控制器
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一类含摩擦项的群聚模型的动力学探究
13
作者 王杰 《吉林建筑大学学报》 CAS 2023年第5期62-65,共4页
在自然科学中,奇异摄动模型的应用非常广泛.本文的目的是讨论一类带有Rayleigh摩擦项的Cucker-Smale模型,并探究此模型的相关动力学性质,主要应用奇异摄动理论及其动力学系统理论来探究与分析.首先将一类含有小参数的数学模型分解为多... 在自然科学中,奇异摄动模型的应用非常广泛.本文的目的是讨论一类带有Rayleigh摩擦项的Cucker-Smale模型,并探究此模型的相关动力学性质,主要应用奇异摄动理论及其动力学系统理论来探究与分析.首先将一类含有小参数的数学模型分解为多个低阶系统,这里需要应用动力系统的时间尺度性,然后讨论低阶系统的相关动力学性质.最终得到了此模型解的有界性,为以后探究此模型的其他动力学性质提供参考. 展开更多
关键词 动力系统 cucker-Smale模型 Rayleigh摩擦 群聚现象
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关于2类群体运动模型的综述:Cucker-Smale模型与Kuramoto模型 被引量:1
14
作者 薛小平 《四川师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2017年第6期711-721,共11页
介绍2类重要的群体运动模型Cucker-Smale(简记(C-S))模型与Kuramoto(简记(K))模型的研究现状及发展动态.(C-S)模型是描述动物群体能如何成群的数学机制,(K)模型是揭示自然界中广泛存在的频率同步现象的形成机制.2个模型具有共同的特点,... 介绍2类重要的群体运动模型Cucker-Smale(简记(C-S))模型与Kuramoto(简记(K))模型的研究现状及发展动态.(C-S)模型是描述动物群体能如何成群的数学机制,(K)模型是揭示自然界中广泛存在的频率同步现象的形成机制.2个模型具有共同的特点,即群体效应,但研究的方法和手段却不相同.重点从数学方法上论述研究的成果及其未解决的问题,帮助有兴趣的读者能较快地进入这一领域. 展开更多
关键词 cucker-Smale模型 Kuramoto模型 成群 锁相 频率同步
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一类具有控制器的Cucker-Smale模型的免碰撞和集群行为的研究
15
作者 夏文 肖其珍 刘宏亮 《衡阳师范学院学报》 2023年第3期37-42,共6页
本文主要讨论了具有控制器的Cucker-Smale模型的免碰撞和集群问题。所考虑的控制器改变粒子间的相互作用力,该作用力根据粒子的移动趋势在吸引力和排斥力之间相互切换。避碰结果与控制器的权重函数f(r)=(r-d_(0))^(-θ)密切相关。利用... 本文主要讨论了具有控制器的Cucker-Smale模型的免碰撞和集群问题。所考虑的控制器改变粒子间的相互作用力,该作用力根据粒子的移动趋势在吸引力和排斥力之间相互切换。避碰结果与控制器的权重函数f(r)=(r-d_(0))^(-θ)密切相关。利用能量函数与微分不等式,通过建立Lyapunov函数,得出结论:当两粒子间初始位置大于预设距离时,系统可以避免碰撞。本文考虑了控制器权重函数对系统粒子间相对距离的影响,得到了形成集群行为的充分条件。最后,数值模拟验证了理论结果的合理性。 展开更多
关键词 cucker-Smale模型 控制器 相互作用力
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无限图上Cucker-Smale模型的集群行为
16
作者 王新宇 薛小平 《中国科学:数学》 CSCD 北大核心 2023年第12期1799-1826,共28页
本文研究两类无限图上Cucker-Smale模型的集群行为.第一类图为全连通的无限图,本文得到在初值关于位置无界的情形下,仍然会出现对应的集群行为(速度的一致性),称之为编队行为.第二类图为局部连接有限的无限图.首先研究Laplace算子谱的... 本文研究两类无限图上Cucker-Smale模型的集群行为.第一类图为全连通的无限图,本文得到在初值关于位置无界的情形下,仍然会出现对应的集群行为(速度的一致性),称之为编队行为.第二类图为局部连接有限的无限图.首先研究Laplace算子谱的下确界大于0的局部有限无限图,得到Cucker-Smale模型发生群集行为的充分条件.其次研究具有Poincaré不等式的局部有限无限图,借助图的几何性质,得到时变图的衰减性,并将其应用在Cucker-Smale模型上,得到Cucker-Smale模型的非线性稳定性(小初值的群集行为). 展开更多
关键词 无限图 cucker-Smale模型 集群行为
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一类混合型Cucker-Smale模型的有限时间集群 被引量:1
17
作者 吴俊滔 王晓 刘易成 《应用数学》 CSCD 北大核心 2021年第3期711-724,共14页
本文研究一类带有非Lipschitz连续项与Lipschitz连续项混合型的CuckerSmale模型的有限时间集群问题.基于能量函数方法与微分不等式,通过从交流函数、位移、速度标准差等方面对系统有限时间集群的形成进行分析,构建了此类多粒子群有限时... 本文研究一类带有非Lipschitz连续项与Lipschitz连续项混合型的CuckerSmale模型的有限时间集群问题.基于能量函数方法与微分不等式,通过从交流函数、位移、速度标准差等方面对系统有限时间集群的形成进行分析,构建了此类多粒子群有限时间形成集群的充分条件,此结果去掉了有限时间集群对交流函数具有正的下界的要求.进一步地,结果表明,在一定条件下,该系统的有限时间集群行为主要由非Lipschitz连续项决定,数值仿真进一步验证结果的正确性. 展开更多
关键词 cucker-Smale模型 LIPSCHITZ连续 有限时间集群
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基于定向极限环的Cucker-Smale群体避障模型 被引量:1
18
作者 张浩 陈熙 +2 位作者 王震 蔚涛 钟苏川 《四川大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期27-33,共7页
针对多障碍物环境下的群体避障问题,本文在改进Cucker-Smale(CS)群体运动模型和传统的极限环避障算法的基础上提出了一种基于定向极限环的CS群体避障模型.该模型改进了多障碍物的合并方式,引入了定向的运动规则.仿真结果显示,在整个群... 针对多障碍物环境下的群体避障问题,本文在改进Cucker-Smale(CS)群体运动模型和传统的极限环避障算法的基础上提出了一种基于定向极限环的CS群体避障模型.该模型改进了多障碍物的合并方式,引入了定向的运动规则.仿真结果显示,在整个群体避障过程中该算法的碰撞个体数和避障时间较传统的极限环避障法有较大的改善. 展开更多
关键词 群体避障 定向极限环 障碍合并 cucker-Smale模型
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受邻居影响的热力学Cucker-Smale模型的集群
19
作者 周晨昕 刘宏亮 欧阳自根 《南华大学学报(自然科学版)》 2023年第2期82-90,共9页
针对受最近邻居影响下的连续热力学Cucker-Smale模型的集群问题,本文基于图论和状态转移矩阵相关理论进行分析,并且结合Peano-Baker数列,证明了系统中粒子个数q≥N-1/2时,系统发生无条件集群,并给出数值模拟例子验证了结论的正确性。
关键词 热力学cucker-Smale模型 图论 渐近集群
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主从Cucker-Smale模型的有限时间群体运动行为 被引量:1
20
作者 黄贤明 周浩 +1 位作者 王俊 茹立宁 《苏州科技大学学报(自然科学版)》 2022年第3期25-31,共7页
研究主从Cucker-Smale模型在有限时间内发生群体运动行为。通过构造具体的Lyapunov泛函,得到当0≤β≤1/2时,无条件群体运动行为在有限时间内发生;当β>1/2时,条件群体运动行为在有限时间内发生,其中发生条件仅依赖于初始值。最后,... 研究主从Cucker-Smale模型在有限时间内发生群体运动行为。通过构造具体的Lyapunov泛函,得到当0≤β≤1/2时,无条件群体运动行为在有限时间内发生;当β>1/2时,条件群体运动行为在有限时间内发生,其中发生条件仅依赖于初始值。最后,通过几个数值仿真来说明理论结果的有效性。 展开更多
关键词 主从cucker-Smale模型 有限时间 群体运动行为
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