群体系统是由大量相互作用的自主或半自主子系统通过网络互联所构成的复杂系统。移动机器人群、传感器网络甚至社会网络都是群体系统的典型实例。近年来，在世界范围内开展了群体系统理论与应用方面的探索研究，并且取得了一系列重要成果，群体系统的协调控制是当前群体系统研究的核心内容。本书在介绍该学术领域国内外最新研究进展的基础上，系统地阐述了群体系统协调控制及其应用的理论和方法。
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第1章 绪论 1
1.1 大规模群体系统简介 1
1.2 理论研究进展 1
1.2.1 在生物学领域中的研究进展 1
1.2.2 在计算机仿真学领域中的研究进展 2
1.2.3 在控制工程领域中的研究进展 3
1.2.4 稳定性分析 5
1.3 应用研究现状 5
1.3.1 在群体机器人领域中的应用 5
1.3.2 在仿生学领域中的应用 6
1.3.3 在自主车群体的协调控制和刚性编队领域中的应用 8
1.3.4 工程实现 8
1.4 小结 10
参考文献 10
第2章 群体系统一阶协调一致性 13
2.1 概述 13
2.2 规则网络上的一致性问题 14
2.2.1 动力学和网络结构 14
2.2.2 一阶协调一致性协议 14
2.3 一阶协调一致性能分析 15
2.3.1 规则网络一阶协调一致性的收敛速度 15
2.3.2 规则网络中通信约束的鲁棒性 16
2.4 大规模群体系统子系统状态的协调一致性 18
2.4.1 大规模群体系统子系统状态的协调一致性定义 18
2.4.2 基于非理想连接的线性一致性算法的稳定性分析 19
2.4.3 基于加权连接的非线性一致性算法的稳定性分析 20
2.4.4 仿真结果 22
2.5 小结 23
参考文献 23
第3章 群体系统二阶协调一致性 25
3.1 概述 25
3.2 具有延迟动力学的群体系统二阶协调一致性 26
3.2.1 具有延迟动力学的二阶协调一致性协议 26
3.2.2 最大动力学时延 26
3.2.3 示例和仿真结果 30
3.3 存在通信时延的群体系统二阶协调一致性 32
3.3.1 存在通信时延的二阶协调一致性协议 32
3.3.2 最大通信时延 34
3.3.3 示例和仿真结果 38
3.4 小结 41
参考文献 41
第4章 群体系统高阶协调一致性 42
4.1 概述 42
4.2 群体系统高阶协调一致性分析与设计 43
4.2.1 群体系统高阶协调一致性协议 43
4.2.2 一般稳定性判据 44
4.2.3 稳定判据的应用 47
4.2.4 利用网络拓扑性质的高阶协调一致性的充分条件 48
4.2.5 数值实例和仿真结果 49
4.3 存在时延的多智能体网络中任意高阶协调一致性的稳定切换 52
4.3.1 通用稳定切换判据 52
4.3.2 高阶协调一致性最大可容许通信时延 57
4.3.3 数值实例和仿真结果 59
4.4 小结 61
参考文献 61
第5章 群体系统受迫二阶协调一致性 63
5.1 概述 63
5.2 受迫二阶协调一致性协议 63
5.3 达到受迫二阶一致的时延条件 64
5.4 实例和仿真结果 68
5.5 小结 70
参考文献 70
第6章 随机群体系统的稳定性分析 71
6.1 概述 71
6.2 随机群体聚集模型 71
6.3 随机群体聚集模型的稳定性分析 72
6.4 随机微分方程的Euler-Maruyama数值方法 78
6.5 群体系统动态的仿真分析 79
6.6 小结 82
参考文献 82
第7章 群体系统的协调控制理论在水下航行器群中的应用 84
7.1 概述 84
7.2 基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制 84
7.2.1 NEROV新型自主式水下航行器 84
7.2.2 LQG/LTR鲁棒控制方法 86
7.2.3 基于LQG/LTR的水下航行器多变量鲁棒控制设计 87
7.2.4 LQG/LTR控制方案仿真研究 88
7.3 基于分布式控制框架实现水下航行器群协调控制 90
7.3.1 非线性一致性协调算法和一致性协调器网络 90
7.3.2 自主式水下航行器动力学和LQG/LTR控制器设计 93
7.3.3 NEROV群双层式分布控制框架 93
7.3.4 仿真研究 95
7.4 基于具有通信约束的分布式框架实现水下航行器群编队控制 96
7.4.1 水下航行器的非线性动力学 96
7.4.2 水下航行器群编队控制 98
7.4.3 仿真分析 100
7.5 小结 102
参考文献 103
第8章 群体系统的协调控制理论在网络社团结构探测中的应用 104
8.1 概述 104
8.2 基于一致性动力学和动态矩阵探测网络社团结构 105
8.2.1 基础理论 105
8.2.2 社团结构探测算法 106
8.2.3 算法在计算机生成网络和现实网络中的测试 112
8.2.4 算法详细说明 117
8.3 基于一致性动力学和空间变换探测网络社团结构 120
8.3.1 基础理论 120
8.3.2 基于一致性动力学与空间变换的网络社团结构探测算法 121
8.3.3 算法测试 125
8.4 基于一致性和领导者节点选择之间的交替动力学探测网络社团结构 141
8.4.1 基础理论 141
8.4.2 使用一致性动力学进行社团探测 143
8.4.3 基于领导跟随模型的社团探测 148
8.4.4 算法在网络上的应用 149
8.5 小结 160
参考文献 161
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