Approaches to distributed control design: addressing multiple challenges in interconnected and multi-agent systems

Abstract

Avanços na tecnologia de automação aumentam a segurança e a eficiência dos processos industriais. Como resultado, atualmente operamos em uma era interconectada, na qual dispositivos se comunicam e colaboram para resolver problemas complexos. Contudo, essa interconectividade traz consigo novos obstáculos, demandando estratégias robustas para assegurar um controle confiável e eficaz em aplicações do mundo real. Esta tese aborda alguns desses desafios via o projeto de controladores distribuídos, aplicáveis tanto a sistemas interconectados quanto a sistemas multiagentes. No contexto de sistemas interconectados, esta tese concentra-se em dois cenários distintos. O primeiro cenário trata do projeto de controladores distribuídos para sistemas interconectados não lineares sujeitos a retardos variantes no tempo na dinâmica local e nas interconexões entre os subsistemas. Já o segundo cenário aborda o projeto simultâneo de controladores distribuídos e mecanismos locais de acionamento baseados em eventos (ETMs, do inglês, Event-triggered mechanims) para reduzir o consumo de recursos de comunicação. Em ambos os casos, o sistema não linear é representado por modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS) com consequentes não lineares (N-TS), que simplificam a representação em contextos interconectados em comparação a abordagem clássica para modelagem Takagi-Sugeno. Já no contexto de sistemas multiagentes, esta tese aborda o consenso sem líder e o consenso de formação com seguimento de líder para agentes modelados como sistemas lineares com parâmetros variantes (LPV, do inglês, Linear Parameter-Varying). Diferentemente da maioria das abordagens existentes, os métodos propostos consideram perturbações internas causadas por discrepâncias entre parâmetros de escalonamento dos agentes. Em ambas as estruturas de consenso, são propostos protocolos distribuídos baseados em observadores para lidar com estados não medidos. Todos os métodos de projeto propostos nesta tese são formulados via condições suficientes expressas como desigualdades matriciais lineares (LMIs, do inglês, Linear Matrix Inequalities), obtidas das teorias de Lyapunov e Lyapunov-Krasovskii. Simulações numéricas ilustram a eficácia das abordagens de controle distribuídas propostas para lidar com esses desafios.