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at - Automatisierungstechnik

Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik

[AT - Automation Technology: Methods and Applications of Control, Regulation, and Information Technology
]

Editor-in-Chief: Jumar, Ulrich


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ISSN
2196-677X
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Volume 65, Issue 8

Issues

Ein verteilt-parametrischer Zugang zur Regelung von Multi-Agentensystemen

A distributed parameter approach for the control of multi-agent systems

Gerhard Freudenthaler
  • Corresponding author
  • Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Lehrstuhl für Regelungstechnik, Kaiserstraße 2, 24143 Kiel Germany
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/ Thomas Meurer
Published Online: 2017-08-10 | DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0018

Zusammenfassung

Es wird eine 2-Freiheitsgraderegelung (2-FHG) für die Formationsregelung eines Multi-Agentensystems in gewünschte Profile entwickelt. Dabei wird ein Kontinuumsmodell in Form einer modifizierten viskosen Burgersgleichung herangezogen. Für diese Form der Agentendynamik kann eine flachheitsbasierte Vorsteuerung mit einer Backstepping-basierten Randwertregelung kombiniert werden, welche das Folgefehlersystem stabilisiert. Es wird gezeigt, dass die Einführung eines verteilt-parametrischen Exosystems die translatorische Verschiebung der Formation ermöglicht. Die Übertragung der Regelungsstrategie von einem unendlich-dimensionalen, kontinuierlichen zu einem endlich-dimensionalen, diskreten Multi-Agentensystem erfolgt durch geeignete Diskretisierung, welche die notwendige Kommunikationstopologie einprägt. Die Ergebnisse werden in Simulationen evaluiert.

Abstract

A 2-degree-of-freedom control concept is developed for formation control of multi-agent systems. For this, a continuum model is set up in the form of a modified viscous Burgers-type partial differential equation. This approach allows to combine flatness-based motion planning with backstepping-based tracking control to stabilise the tracking error dynamics. Furthermore, it is shown that the introduction of an exogenous distributed parameter system enables to move the whole formation about the plane in each coordinate individually. The control concept is applied to an infinite-dimensional, discrete multi-agent system by suitable discretisation of the domain in space, which additionally characterises the communication topology between the agents. Simulation studies are presented to evaluate the control strategy.

Schlagwörter: Multi-Agentensystem; verteilt-parametrische Systeme; Flachheit; Backstepping; Formationsregelung; Stabilisierung; Folgeregelung; partielle Differentialgleichung

Keywords: Multi-agent systems; distributed parameter systems; flatness; backstepping; formation control; stabilisation; tracking control; partial differential equation

About the article

Gerhard Freudenthaler

Gerhard Freudenthaler ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Regelungstechnik der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Hauptarbeitsgebiete: Modellierung von Multi-Agentensystemen mit Hilfe von Kontinuumsmodellen und backstepping-basierte Methoden zur Regelung und zum Beobachterentwurf für verteilt-parametrische Systeme.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Lehrstuhl für Regelungstechnik, Kaiserstraße 2, 24143 Kiel

Thomas Meurer

Thomas Meurer leitet den Lehrstuhl für Regelungstechnik der Technischen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. Hauptarbeitsgebiete: Methoden zur Regelung und zum Beobachterentwurf für lineare und nichtlineare finit-dimensionale und verteilt-parametrische Systeme und deren Anwendung für u. a. adaptive mechatronische Strukturen, thermofluidische und biotechnologische Prozesse, Fertigungs- bzw. Produktionsprozesse, und verteilte Multi- Agentensysteme.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Lehrstuhl für Regelungstechnik, Kaiserstraße 2, 24143 Kiel


Revised: 2017-05-18

Accepted: 2017-05-19

Received: 2017-02-23

Published Online: 2017-08-10

Published in Print: 2017-08-28


Citation Information: at - Automatisierungstechnik, Volume 65, Issue 8, Pages 574–585, ISSN (Online) 2196-677X, ISSN (Print) 0178-2312, DOI: https://doi.org/10.1515/auto-2017-0018.

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