Etudes des techniques de contrôle distribué pour l'analyse et la synthèse pour les systèmes multi-agents avec information limitée

On distributed control analysis and design for Multi-Agent systems subject to limited information

• Auteur / Autrice : Laura Dal col
• Direction : Sophie Tarbouriech, Luca Zaccarian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 25/10/2016
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Kieffer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Tarbouriech, Luca Zaccarian, Dimos Dimarogonas, Paolo Frasca
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Domenica Di Benedetto, Matthew C. Turner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Intelligence artificielle répartie

Mots clés libres

Contrôles distribués

Distributed control system design

Résumé

Les systèmes multi-agents sont des systèmes dynamiques composés par plusieurs éléments qui interagissent entre eux. Ces éléments sont appelés agents. Un agent est un système dynamique caractérisé par deux propriétés. La première est que les agents sont autonomes— c’est-à-dire qu’ils ne sont pas dirigés par l’environnement extérieur et ils peuvent évoluer selon un comportement auto-organisé. La seconde est que les agents sont capables de communiquer entre eux pour accomplir des tâches complexes, telles que la coopération, la coordination et la résolution de conflits. L’un des problèmes courants concernant les systèmes multi-agents est la synchronisation. Les agents sont synchronisés lorsque leur évolution dans le temps converge vers une trajectoire commune. Plusieurs applications du monde réel peuvent être conceptualisés comme des problèmes de synchronisation des systèmes multi-agents : par exemple, l’alignement en vitesse ( flocking en anglais), et le contrôle de la formation du mouvement de groupes cohérents. La synchronisation des systèmes multi-agents peut être obtenue grâce à différentes techniques de contrôle. Dans cette thèse nous proposons des méthodes de contrôle centralisées et distribuées pour la synchronisation des systèmes multi-agents. Nous développons des conditions nécessaires et suffisantes pour la synchronisation des systèmes multi-agents, composés par des agents identiques et linéaires qui ne changent pas dans le temps, en utilisant une approche Lyapunov. Ces conditions sont utilisées pour la conception de lois de contrôles distribuées. ensuite, nous étendons les résultats aux systèmes multi-agents soumis à des perturbations externes, assurant un niveau de performance désiré grâce à une technique de contrôle de type 퐻 ∞ . enfin, nous étendons l’analyse aux systèmes multi-agents avec contraintes sur les actionneurs, en utilisant des techniques de contrôle anti-windup. Nous évaluons l’efficacité et les performances des stratégies de contrôle proposées dans plusieurs simulations, dont deux d’entre elles sont inspirées par des applications issues du monde réel. La première est le contrôle du vol en formation d’avions, et la seconde est l’analyse de la transmission de contenus vidéo comme un problème de synchronisation. Nous comparons aussi les résultats obtenus avec des techniques de contrôle alternatives.

Multi-agent systems are dynamical systems composed of multiple interacting elements known as agents . Each agent is a dynamical system with two characteristics. First, it is capable of autonomous action—that is, it is able to evolve according to a self-organised behavior, which is not influenced by the external environment. Second, it is able to exchange information with other agents in order to accomplish complex tasks, such as coordination, cooperation, and conflict resolution. One commonly studied problem in multi-agent systems is synchronization. The agents are synchronized when their time evolutions converge to a common trajectory. Many real-world applications, such as flocking and formation control, can be cast as synchronization problems. Agent synchronization can be achieved using different approaches. In this thesis, we propose distributed and centralized control paradigms for the synchronization of multi-agent systems. We develop necessary and sufficient conditions for the synchronization of multi-agent systems, composed by identical linear time-invariant agents, us- ing a Lyapunov-based approach. Then we use these conditions to design distributed synchronization controllers. Then, we extend this result to multi-agent systems subject to external disturbances enforcing disturbance rejection with 퐻 ∞ control techniques. Furthermore, we extend the analysis to multi-agent systems with actuator constraints using LMI-based anti-windup techniques. We test the proposed control design strategies in simulated examples among which two are inspired by real-world applications. In the first, we study airplane formation control as a synchronization problem. In the second, we analyze the delivery of video streams as a synchronization problem and we compare the results to existing controllers.