Đánh giá tính bền vững của hệ thống đa đối tượng bằng phương pháp tối ưu hóa

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - - PHAN ANH TUẤN ĐÁNH GIÁ TÍNH BỀN VỮNG CỦA HỆ THỐNG ĐA ĐỐI TƢỢNG BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HÓA CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ NGÀNH : 8520216 Ngƣời hƣớng dẫn: TS TRẦN THỊ MINH DUNG Đà Nẵng 11/2018 MỤC LỤC ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG i TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA i LỜI CẢM ƠN iv LỜI CAM ĐOAN v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài: Mục đích nghiên cứu đề tài: Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài: Phƣơng pháp nghiên cứu: Cấu trúc luận văn: CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐA ĐỐI TƢỢNG VÀ HỆ THỐNG MẠNG LƢỚI ĐIỀU KHIỂN 1.1 HỆ THỐNG ĐA ĐỐI TƢỢNG 1.1.1 Khái niệm hệ thống đa đối tƣợng 1.1.2 Các ứng dụng hệ thống đa đối tƣợng 1.2 HỆ THỐNG MẠNG LƢỚI ĐIỀU KHIỂN CHƢƠNG II THUẬT TOÁN ĐỒNG THUẬN VÀ LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ 11 2.1 THUẬT TOÁN ĐỒNG THUẬN 11 2.1.1 Phân loại thuật toán đồng thuận 12 2.1.2 Hệ thống thời gian rời rạc 13 2.1.3 Hệ thống thời gian tuyến tính 14 2.1.4 Vấn đề đồng thuận thời gian hữu hạn 15 2.1.5 Thiết kế ma trận đồng thuận 15 2.1.6 Trọng số có bậc lớn 16 2.1.7 Trọng số Metropolis 16 2.1.8 Trọng số cạnh số 16 2.1.9 Tối ƣu hóa 17 2.2 LÝ THUYẾT ĐỒ THỊ 17 2.2.1 Khái niệm 18 2.2.2 Định nghĩa 18 2.2.3 Biểu diễn đồ thị 19 2.2.4 Đồ thị có hƣớng đồ thị vơ hƣớng 19 2.2.5 Đơn đồ thị (simple graph) đa đồ thị (Multiple graph) 19 2.2.6 Ví dụ 20 2.2.7 Tính kết nối đồ thị 20 2.2.8 Đặc tính đồ thị đại số 22 2.2.9 Đặc tính quang phổ đồ thị 24 2.2.10 Các loại đồ thị tiêu chuẩn 26 CHƢƠNG III TÍNH BỀN VỮNG VÀ PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU HĨA ĐỂ ĐÁNH GIÁ TÍNH BỀN VỮNG 30 3.1 TÍNH BỀN VỮNG CỦA MẠNG LƢỚI 30 3.1.1 Độ kết nối nút (cạnh) 30 3.1.2 Độ kết nối đại số 31 3.1.4 Độ phản kháng đồ thị 31 3.2 ĐÁNH GIÁ TÍNH BỀN VỮNG CỦA MẠNG LƢỚI THEO HÌNH THỨC PHÂN TÁN 32 3.2.1 Tính giá trị , nghịch đảo giá trị riêng riêng biệt ma trận Laplacian 34 3.2.2 Tính tốn giá trị riêng riêng biệt ma trận Laplacian 36 3.2.3 Tính tốn bội số giá trị riêng riêng biệt ma trận Laplacian 37 CHƢƠNG IV MÔ PHỎNG VÀ NHẬN XÉT 39 CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 LỜI CẢM ƠN  Trong suốt trình thực luận văn, gặp phải nhiều khó khăn nhƣng đƣợc giúp đỡ, hƣớng dẫn từ quý Thầy Cô nên luận văn tốt nghiệp hoàn thành tiến độ Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trần Thị Minh Dung tận tình hƣớng dẫn, bảo kinh nghiệm quý báu nhƣ tạo điều kiện thuận lợi suốt trình tìm hiểu, nghiên cứu đề tài Đồng thời, xin chân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa Điện tạo điều kiện, cung cấp cho kiến thức bản, cần thiết để thực q trình nghiên cứu Mặc dù tơi cố gắng thực hoàn thiện đồ án luận văn nhƣng trình soạn thảo, kiến thức cịn hạn chế nên xãy nhiều thiếu sót Kính mong nhận đƣợc góp ý quý Thầy Cô Sau xin chúc quý Thầy Cô sức khoẻ, thành công tiếp tục đào tạo sinh viên giỏi đóng góp cho đất nƣớc Tơi xin chân thành cảm ơn Trân trọng! LỜI CAM ĐOAN  Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, có tham khảo số tài liệu báo tác giả nƣớc đƣợc xuất Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tác giả i DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu,chữ viết tắt Nội dung MAS Hệ thống đa đối tƣợng (Multi-agent systems) NeCS Điều khiển hệ thống mạng lƣới (Networked control system) N Ni dmax xxxxxxx di Số nút Hàng xóm lân cận nút i system) Độ góc lớn dmax = Độ góc nút thứ i Tích Tổng E Tập hợp cạnh V Tập hợp đỉnh G Đồ thị vô hƣớng G(V,E) xi R Véc tơ thứ I X Ma trận X Số thực R XT ||x|| Ma trận chuyển vị ma trận X d(G) Đƣờng kính đồ thị G Định thức Euclidien A Ma trận kề D Ma trận góc L Ma trận Laplacian sp(L) Ma trận phổ Laplacian Laplacian W Ma trận đồng thuận wij Phần tử hàng i cột j ma trận W sp(W) Ma trận phổ ma trận W λi(L) Giá trị riêng thứ i ma trận Laplacian ii Λ Tập hợp giá trị riêng biệt Laplacian không phân biệt SG Tập hợp ma trận SG = {W ∈ RN×N|wij = (i, j) ∈ E i ρ(A) ≠ j} Bán kính quang phổ ρ(A) = max{|λ1(A)|, , |λN(A)|} iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ1.1 Tên hình vẽ Trang Cấu trúc chung hệ thống đa đối tƣợng 1.2 2.1 Điều khiển phƣơng tiện tham gia giao thông Đồng thuận trung bình mạng 12 2.2 Phân loại thuật toán đồng thuận 13 2.3 a) Đồ thị có hƣớng (G1), b) Đồ thị vơ hƣớng (G2) 18 2.4 Đồ thị G1 vô hƣớng nút a), đồ thị G2 có hƣớng 20 2.5 Biểu đồ không đƣợc kết nối đƣợc kết nối 21 2.6 Biểu đồ bị ngắt kết nối 21 2.7 Biểu đồ hoàn chỉnh 22 2.8 Đồ thị trọng số 27 2.9 Đồ thị thông thƣờng 27 2.10 Đồ thị khoảng cách thông thƣờng 28 2.11 Đồ thị Clebsch - thƣờng xuyên (SRG (16, 5, 0, 2)) 29 3.1 33 4.1 Quy trình tính tốn tính bền vững mạng lƣới theo hình thức phân tán Cấu trúc mạng lƣới nút tồn diện 4.2 Dạng sóng mạng lƣới nút toàn diện 41 4.3 Hàm mục tiêu mạng lƣới nút toàn diện 42 4.4 Cấu trúc mạng lƣới nút bị links 43 39 iv 4.5 Cấu trúc mạng lƣới nút 44 4.6 Dạng sóng mạng lƣới nút 46 4.7 Hàm mục tiêu mạng lƣới nút 47 47 Hình 4.7 Dạng sóng hàm mục tiêu mạng lƣới nút 48 Từ ta tìm đƣợc số “spanning tree” độ phản kháng đồ thị ∏ R=N Nhận xét: Từ trƣờng hợp 1, trƣờng hợp trƣờng hợp ta thấy đƣợc hệ số R thay đổi theo cấu trúc mạng lƣới ( lớn R nhỏ mạng lƣới bền vững) Từ thay đổi R ta kết luận cấu trúc mạng lƣới bền vững hay khơng Nó hoạt động tốt đối mặt với lỗi bị công hay không Nhƣ ta dễ dàng lựa chọn cấu trúc mạng lƣới để phù hợp với yêu cầu công việc 49 CHƢƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nội dung luận văn tốt nghiệp tập trung nghiên cứu thuật tốn tính đồng thuận việc sử dụng phƣơng pháp tối ƣu hóa để tính thơng số đƣợc sử dụng để đánh giá tính bền vững mạng lƣới Tính hiệu mạng lƣới đƣợc đánh giá thơng qua chức tính bền vững Nếu có kiện bất ngờ xảy ra, mạng lƣới phản ứng nhƣ nào? Nó sống sót hay khơng? Để trả lời cho câu hỏi nhƣ này, việc nghiên cứu tính bền vững mạng lƣới thu hút nhiều ý cộng đồng nghiên cứu Nói cách khác, mạng lƣới bền vững tồn có mặt đƣờng liên tiếp, mà đảm bảo khả truyền thơng có phá hủy, hƣ hại lỗi, cơng Mục đích nghiên cứu tính bền vững mạng lƣới tìm đại lƣợng đo tính bền vững để đánh giá hoạt động mạng lƣới Hơn nữa, hiểu biết mạng lƣới bền vững bảo vệ nâng cấp hoạt động mạng lƣới cách hiệu Bằng cách này, đƣợc dùng để thiết kế mạng lƣới mà có khả hoạt động tốt đối mặt với lỗi công Ƣu điểm luận văn tìm phƣơng pháp để đánh giá độ bền vững mạng lƣới Đi đôi với có hạn chế cịn tồn nhƣ phƣơng pháp đƣợc sử dụng Lagrange để giải toán tối ƣu lõm, nên tốc độ giải toán chậm Hƣớng phát triển tƣơng lai thiết kế đƣợc phƣơng pháp cải thiện tốc độ đáp ứng chậm phƣơng pháp Lagrange để rút ngắn thời gian hoàn thiện 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Methods for finite-time average consensus protocols design [2] L.Xiao and S.Boyd Fast linear iterations for distributed averaging Systems Control Letters,53:65-78, 2004 [3] L Xiao, S Boyd, and S Kim Distributed average consensus with leastmean-square deviation Journal on Parallel Distributed Computation, 67(1):33– 46, January 07 [4] L Georgopoulos Definitive consensus for distributed data inference PhD thesis, EPFL, Lausanne, 2011 [5] A Y Kibangou, “Graph Laplacian based matrix design for finite-time distributed average consensus,” in Proc of American Contr Conf., pp.19011906, 2012 ... CHƢƠNG III : Tính bền vững phƣơng pháp tối ƣu hóa để đánh giá tính bền vững hệ thống  CHƢƠNG IV : Mô nhận xét  CHƢƠNG V : Kết luận kiến nghị CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐA ĐỐI TƢỢNG VÀ HỆ THỐNG MẠNG... TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐA ĐỐI TƢỢNG VÀ HỆ THỐNG MẠNG LƢỚI ĐIỀU KHIỂN 1.1 HỆ THỐNG ĐA ĐỐI TƢỢNG 1.1.1 Khái niệm hệ thống đa đối tƣợng 1.1.2 Các ứng dụng hệ thống đa đối tƣợng... 1.1 HỆ THỐNG ĐA ĐỐI TƢỢNG 1.1.1 Khái niệm hệ thống đa đối tượng Hệ thống đa đối tƣợng MAS (MAS: Multi-agent systems) hệ thống đƣợc ghép nối nhiều đối tƣợng riêng lẻ lại với nhau, chúng có đa xử