Netzwerkbasierte Regelung verteilt-parametrischer Systeme
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand des abgeschlossenen Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuer Methoden zur netzwerkbasierten Regelung von Multi-Agenten-Systemen (MAS), bei denen die Agenten eine verteiltparametrische Systemdynamik besitzen. Die Lösung dieser Problemstellung basiert auf der Verallgemeinerung der kooperativen „output regulation“-Theorie von konzentriert-parametrischen auf verteiltparametrische Agenten, was eine Vielzahl von kooperativen Regelungsaufgaben umfasst. Im Projekt wurden ausgehend von den Vorarbeiten, die sämtlich eine bekannte Dynamik der Führungsagenten und der Störmodelle voraussetzen, neue systematische Verfahren zum Netzwerkreglerentwurf für hyperbolische Agenten mit unbekannten Führungs- und Störmodellen entwickelt. Dies ermöglicht einerseits eine vollständig verteilte Lösung von leader-follower-Problemen und andererseits die Anpassung an sich verändernde Störungen durch Kommunikation aktualisierter Störmodelle. Für hyperbolische Multi-Agenten-Systeme mit unterschiedlicher Agentendynamik erfolgte im Projekt die Verallgemeinerung des Entwurfs adaptiver Führungsbeobachter für ODE-Agenten. Neben dem Führungsmodell wurden im Forschungsvorhaben zusätzlich die Störmodelle synchronisiert, was in der Literatur bisher weder für ODE-Agenten noch für PDE-Agenten betrachtet wurde. Zur Lösung dieser Problemstellung erfolgte die Entwicklung neuer adaptiver Entwurfsverfahren für kooperative hyperbolische PDE-ODE-Störbeobachter, welche den Agentenund Störmodellzustand mittels einer Netzwerk-Kommunikation rekonstruieren. Die zugehörige Führungsund Störgrößenaufschaltung wird durch die online-Lösung der sogenannten „regulator equations“ mittels eines neuartigen Sample-and-Hold-Ansatzes bestimmt. Daraus ergibt sich eine systematische Entwurfsmethodik für heterogene MAS mit hyperbolischer Agentendynamik bei unbekannten Führungsagenten und Störmodellen. Allerdings besitzt diese Methode keine Robustheit gegenüber Modellunbestimmtheiten. Um das zu erreichen, wurde das Prinzip des kooperativen internen Modells auf unbekannte Führungs- und Störmodelle verallgemeinert. Dabei erfolgt eine kontinuierliche Aktualisierung des internen Modells durch einen kooperativen Signalmodell-Beobachter mittels einer Netzwerk-Kommunikation. Der zugehörige Netzwerk-Reglerentwurf erfordert die sehr anspruchsvolle simultane Stabilisierung der um das kooperative interne Modell erweiterten hyperbolischen Agentendynamik, wofür ebenfalls neue Methoden entwickelt wurden. Mit dem stringenten Nachweis, dass auch bei Auftreten nicht destabilisierender Modellunbestimmtheit das robuste kooperative „output regulation“-Problem gelöst wird, ergibt sich so eine neue allgemeine Entwurfsmethodik zur robusten leader-follower-Synchronisierung bei unbekannten Führungsagenten und Störmodellen für verteilt-parametrische MAS. Insgesamt wurde damit im Projekt die kooperative „output regulation“-Theorie umfassend auf hyperbolische verteilt-parametrische MAS erweitert, die sich auch auf hyperbolische PDE-ODE-Agenten leicht anwenden lässt und Ansatzpunkte für parabolische Agenten bietet. Darüber hinaus wurde die robuste Synchronisierung von ODE-Agenten mit unbekannten Signalmodellen betrachtet, weil bisherige Lösungszugänge mittels nichtlinearer adaptiver Regelung nur unter restriktiven Annahme durchführbar sind. Die experimentelle Validierung der neu entwickelten Methoden zur Netzwerk-Regelung erfolgte für ODE-Agenten erfolgreich mittels eines Versuchsstands für mobile Roboter.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Tagung des GMA-Fachausschusses 1.40, 19.09.2022, Anif, T. Enderes: Synchronisierung von Netzwerken hyperbolischer Systeme mit unbekanntem Leader und Störmodell
T. Enderes
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Cooperative output regulation for networks of hyperbolic systems using adaptive cooperative observers. Automatica, 162, 111506.
Enderes, Tarik; Gabriel, Jakob & Deutscher, Joachim
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Cooperative Robust Output Regulation for Networks of Hyperbolic Systems With Unknown Signal Models. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 35(4), 1355-1367.
Enderes, Tarik & Deutscher, Joachim
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Tagung des VDI/VDE-GMA-Fachausschusses 2.15, 21.02.2024, Günzburg, T. Enderes: Robuste Synchronisierung von Netzwerken hyperbolischer Systeme mit unbekanntem Leader und Störmodell
T. Enderes
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Robust cooperative output regulation for linear multi-agent systems with unknown leader and disturbances. Systems & Control Letters, 203, 106119.
Enderes, Tarik & Deutscher, Joachim
