我院博士研究生成果在SCI一区TOP《Knowledge-Based Systems》国际期刊发表

 

近期，我院2023级博士研究生赵婷婷成果在SCI一区TOP Knowledge-Based Systems 国际期刊发表《Global pinning synchronization of switching multilayered networks with intra/inter-layer time-variant coupling》的学术论文，指导教师黄捷教授为本文通讯作者。

                           

研究背景

多层网络不仅广泛存在于各种现实系统中，更是表征各类工业与工程系统的关键工具。这类网络由多个实体通过若干不同层级相互连接构成，每个层级对应特定类型的关系与交互模式。在社交网络中，一层可能表示友谊关系，另一层则体现职业联系，在制造网络中，工厂内的设备可建模为节点，层内链接代表物料流动，层间链接则对应监控系统发出的控制指令，而在交通网络中，各层级节点通常代表交通枢纽，层内边描述同一运输方式内的连接，层间边则表示不同运输方式之间的换乘。因此，相较于单层网络，多层网络能更全面地刻画系统特性。

                           

成果介绍

为实现避障/高精度目标跟踪任务，必须通过设计的控制输入来调控采用钉扎控制策略的多层交换网络（MSN）中目标系统的动态演化过程。本文研究了MSN在非零控制输入作用下的全局钉扎同步问题。首先，提出了具有层内/层间时变耦合的MSN模型，以更准确地捕捉和描述多网络结构的复杂性与精确性；其次，基于交换系统的稳定性理论，设计了一种非连续耦合律。研究证明，当异构MSN的层内/层间切换满足平均驻留时间的正下界约束时，可通过协同优化层内/层间耦合强度实现这些异构MSN的全局同步控制；此外，为缓解振荡现象，基于边界层方法构建了连续耦合控制律，实验证明该控制律能使MSN的同步误差最终收敛至一致且有界的状态；最后，通过耦合Chua电路系统和多线重入制造系统的数值仿真验证了所推导的理论结果。

   核心观点

第一、建立一个高分辨率的多层切换网络模型，该模型融合了层间/层内切换耦合机制，本工作针对多层无向交换通信拓扑结构展开研究。

第二、针对具有时变拓扑结构的多层网络开展基于牵制控制的同步化研究。当异构MSN的层内/层间切换满足平均驻留时间的正下界约束时，可通过联合优化层内/层间耦合强度来实现异构多层切换网络的全局同步控制。

第三、为缓解振荡现象，本文基于边界层方法设计一种连续耦合控制律，非零控制输入会对本文研究的目标系统产生影响，该系统属于非自治系统与已有研究所述系统不同。

                           

                           

仿真结果

本文所提出的控制方案在多重制造系统上进行了验证。制造系统被建模为一个三层网络。考虑的控制设计目标是在收到外部需求后，期望在整个生产周期内生产过程与该外部需求保持一致。通过将原材料投入量设定为与外部需求相匹配，连续模型控制方程的边界条件即可得到满足。本文提出的控制器确保系统状态符合预期要求。为了展示模糊动态控制设计，对一个具有三层工艺流程且每层有五条生产线的可重入制造系统进行了仿真。

                                                       

                           

黄捷，福州大学电气工程与自动化学院教授、博导，福建省自动化学会副会长、福州大学5G+工业互联网研究院院长、福建省闽江学者奖励计划特聘教授、福建省高校杰出青年科研人才、闽江科学传播学者、福州市科创走廊首席科技创新顾问。主要研究方向为：群体智能与无人系统、人机混合增强智能、工业互联网、数字经济等。

                           

赵婷婷，福州大学电气工程与自动化学院、福州大学5G+工业互联网研究院博士研究生。主要研究方向为：多层复杂网络同步控制和工业互联网。