复杂系统的同步与控制

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自然界和人类社会中广泛存在着复杂系统,而复杂系统可通过各种各样的网络来描述。随着计算机、互联网和高科技等科学技术的迅猛发展,网络的研究引起了国内外不同学科的高度重视。   20世纪末,复杂网络的研究受到自然科学与工程各个领域研究者越来越多的关注,成为近年来研究的一个热点。复杂网络是具有复杂拓扑结构和动力学行为的大规模网络。复杂动态网络系统的同步行为是自然界和工程技术领域中一种常见的现象。近几年来,复杂动态网络的同步研究问题已经取得了迅速发展。另外,由于多自主体系统的广泛应用以及合作与协调控制问题的深入研究,多自主体的一致性和群集问题的研究发展迅速,无论在理论上还是在应用上都取得了丰硕的成果。本文研究了复杂动态网络的同步问题,多自主体的一致性和群集问题。本文的主要创新研究内容有:   1.研究了复杂动态网络的自适应同步问题。首先设计了自适应控制器,使一类时延不确定复杂动态网络实现同步,进一步研究了当网络节点的动力系统含有未知参数时的自适应同步问题。   2.提出了一种具有异质节点的复杂动态网络模型。在这种模型中网络节点的动力系统可以是不同的,对该模型的同步控制问题进行了研究。   3.研究了时延复杂动态网络的同步问题。设计了一个主动控制器控制一些时延复杂动态网络实现同步。另外,给出了一种使时延动态网络达到全局同步的判定方法,该方法不需要线性化。   4.研究了具有主动领导者(Leader)和有向拓扑结构的多自主体的一致性(cons-ensus)。分别对不带时延和具有时延的多自主体模型进行了研究。通过对自主体设计局部控制器和对leader的状态进行观测,得出当网络具有全局可达的节点时,自主体可以跟踪上leader的一些条件。还研究了高维leader下的有时延多自主体系统的一致性。   5.研究了保持连通性的多自主体的群集(flocking)问题。对具有虚拟leader的群集行为进行了研究,多自主体的速度可以跟踪上leader的速度,自主体之间可以避免碰撞。另外还提出了一种新的群集控制规则,该规则的自主体之间具有非线性内部耦合关系。本章的规则只要求网络初始时刻是连通的,而不是假设在整个过程中连通。
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