Regelung und Optimierung für ereignisbasierte vernetzte autonome Multi-Agenten-Systeme

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Buss; Professorin Dr.-Ing. Sandra Hirche
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391970891

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes haben wir neuartige verteilte Regelungsalgorithmen für vernetzte Multiagentensysteme (MAS) untersucht. Neuste Entwicklungen im Bereich der (drahtlosen) Kommunikationstechnologien ermöglichen den Einsatz von MAS mit Anwendungen in der Überwachung, sowie bei Such- und Rettungsaufgaben. Da in solchen Systemen die Bandbreite eine limitierte Ressource darstellt, ist es von äußerster Bedeutung die Datenübertragung auf das Nötigste zu reduzieren. In diesem Projekt haben wir neuartige ereignisbasierte Regelungs- und Kommunikationsstrategien für eine Vielzahl von klassischen Problemen aus der MAS-Literatur entwickelt, wie z.B. Regelungen für Konsensus und Überwachung. In der Literatur wurden bisher typischerweise vor allem vereinfachte lineare Systeme behandelt. Viele reale Systeme hingegen, wie z.B. Roboter, werden durch nichtlineare dynamische Gleichungen beschrieben. Wir liefern neue Ergebnisse für Systeme mit solch komplexer Dynamik. Darüber hinaus haben wir die Anwendung verschiedener MAS-Konzepte im Bereich der kooperativen Manipulation untersucht. Dieses Szenario erfordert ein hohes Maß an Koordination und bietet somit ein ideales Beispiel, um die Stärke unserer Algorithmen zu verdeutlichen. In diesem Zusammenhang haben wir einen neuartigen verteilten Regelungsalgorithmus mit ereignisbasierter Kommunikation entwickelt und liefern eine gründliche Studie über die Auswirkungen der ereignisbasierten Kommunikation in einem solchen System. Als eine weitere Anwendung der theoretischen Konzepte aus der MAS-Literatur ist es möglich, soziale Netzwerke als Multiagentennetzwerke zu modellieren. Wir haben Konzepte aus Systems- und Regelungstechnik angewand, um neuartige Modelle zu entwickeln und haben die Manipulierbarkeit der Meinungsdynamik, sowie den Einfluss von Massenmedien auf die Meinungsbildung untersucht. Zuletzt haben wir fortgeschrittene Konzepte für MAS Regelungssysteme untersucht. Mit steigenden Rechenressourcen wird es immer realistischer, datengetriebene Strategien in MAS-Regelungsalgorithmen zu integrieren. In diesem Zusammenhang liefern wir neuartige Ergebnisse für die datengetriebene Regelung für Systeme mit Unsicherheiten, oder unbekannter Interaktionsdynamik. Darüber hinaus bieten wir neuartige verteilte Strategien zur Manipulation der in einem MAS-Netzwerk zugrundeliegenden Kommunikationstopologie. Wir zeigen, dass dies die Widerstandsfähigkeit des Netzwerks verbessert, sowie epidemische Ausbreitungen einschränken kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Distributed Topology Manipulation to Control Epidemic Spreading Over Networks. IEEE Transactions on Signal Processing, 67(5), 1163-1174.
  Xue, Dong & Hirche, Sandra
  
• Finite‐time distributed topology design for optimal network resilience. IET Control Theory & Applications, 13(17), 2792-2799.
  Xue, Dong & Hirche, Sandra
  
• Human–Robot Team Interaction Through Wearable Haptics for Cooperative Manipulation. IEEE Transactions on Haptics, 12(3), 350-362.
  Music, Selma; Salvietti, Gionata; Dohmann, Pablo Budde gen.; Chinello, Francesco; Prattichizzo, Domenico & Hirche, Sandra
  
• Polarizability, Consensusability, and Neutralizability of Opinion Dynamics on Coopetitive Networks. IEEE Transactions on Automatic Control, 64(8), 3339-3346.
  Liu, Fangzhou; Xue, Dong; Hirche, Sandra & Buss, Martin
  
• Distributed Control for Cooperative Manipulation With Event-Triggered Communication. IEEE Transactions on Robotics, 36(4), 1038-1052.
  Dohmann, Pablo Budde gen. & Hirche, Sandra
  
• Event-Triggered Consensus for Euler-Lagrange Systems with Communication Delay. IFAC-PapersOnLine, 53(2), 2777-2782.
  Dohmann, Pablo Budde gen. & Hirche, Sandra
  
• Fully Distributed Cooperation for Networked Uncertain Mobile Manipulators. IEEE Transactions on Robotics, 36(4), 984-1003.
  Ren, Yi; Sosnowski, Stefan & Hirche, Sandra
  
• Opinion Behavior Analysis in Social Networks Under the Influence of Coopetitive Media. IEEE Transactions on Network Science and Engineering, 7(3), 961-974.
  Xue, Dong; Hirche, Sandra & Cao, Ming
  
• Data-driven output synchronization of heterogeneous leader-follower multi-agent systems. 2021 60th IEEE Conference on Decision and Control (CDC) (2021, 12, 14), 466-471. American Geophysical Union (AGU).
  Jiao, Junjie; van Waarde, Henk J.; Trentelman, Harry L.; Camlibel, M. Kanat & Hirche, Sandra