Decentralized control design for synchronization of multi-agent systems with guaranteed individual costs - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2021

Decentralized control design for synchronization of multi-agent systems with guaranteed individual costs

Conception de commandes décentralisées pour la synchronisation de systèmes multi-agents avec coûts individuels garantis

Abstract

The work of this thesis focuses on the synthesis and analysis of synchronization algorithms for multi-agent systems, with linear dynamics and fixed topology. By synchronization, we mean that the states of all agents evolve on the same trajectory from a certain time. Taking into account communication constraints, we propose decentralized control architectures, i.e. that use only local information. In a first part, we draw from game theory to propose a control law considering an individual satisfactory cost per agent. In order to facilitate the analysis, the synchronization problem is first reformulated as a stabilization problem. Then, conditions given in the form of Linear Matrix Inegalities allow to check if a gain profile corresponds to a satisfaction equilibrium or not. A set of gains is a satisfaction equilibrium when the individual cost of each agent is bounded by a given threshold. Furthermore, based on the output feedback control, a second result allows us to synthesize the gain of an agent assuming the gains of the other agents are known. The second part, dedicated to networks with clusters, is based on the Singular Perturbed Theory to present a control law more focused on large-scale networks. The objective is to provide a computationally efficient method to design control strategies that guarantee a certain limit on the cost of each cluster. Using a time-scale separation method, the control law design is separated into two parts: an internal and an external control. Their designs are done independently from each other and tend to reduce the computational load. Moreover, we show that the internal control affects the cost of the cluster only during a short period of time.
Les travaux de cette thèse portent sur la synthèse et l'analyse d'algorithmes de synchronisation pour des systèmes multi-agents avec une dynamique linéaire. Par synchronisation, nous voulons que les états de tous les agents évoluent sur la même trajectoire à partir d'un certain temps. En prenant en compte des contraintes de communication, nous proposons des architectures de commandes décentralisées, c.-à-d. qui n'utilisent que des informations locales. Dans une première partie, nous nous inspirons de la théorie des jeux pour proposer une loi de commande considérant un coût individuel de satisfaction par agent. Afin de faciliter l'analyse, le problème de synchronisation est d'abord reformulé en un problème de stabilisation. Ensuite, des conditions données sous forme d'inégalités matricielles linéaires permettent de vérifier si un profil de gains correspond un équilibre de satisfaction ou non. Un ensemble de gains est un équilibre de satisfaction lorsque le coût individuel de chaque agent est borné par un seuil donné. La seconde partie consacrée aux réseaux avec des clusters, se base sur la théorie des systèmes singulièrement perturbés pour présenter une loi de commande plus axée sur des réseaux de grandes envergures. L'objectif est de fournir une méthode efficace en termes de calcul pour concevoir des stratégies de contrôle qui garantissent une certaine limite sur le coût de chaque cluster. En utilisant une méthode de séparation d'échelles de temps, la conception de la loi de commande est séparée en deux parties: une commande interne et une commande externe. Leurs conceptions se font indépendamment l'une de l'autre et tend à réduire les charges de calculs. De plus, nous montrons que la commande interne n'affecte le coût du cluster que pendant une courte période de temps
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Dates and versions

tel-03598452 , version 1 (05-03-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03598452 , version 1

Cite

Jomphop Veetaseveera. Decentralized control design for synchronization of multi-agent systems with guaranteed individual costs. Automatic. Université de Lorraine, 2021. English. ⟨NNT : 2021LORR0303⟩. ⟨tel-03598452⟩
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