Convex conditions on decentralized control for graph topology preservation

International audienceThe paper focuses on the preservation of a given graph topology which is usually chosen to ensure its connectivity. This is an essential ingredient allowing interconnected systems to accomplish tasks by using decentralized control strategies. We consider a networked system with discrete-time dynamics in which the subsystems are able to communicate if an algebraic relation between their states is satisfied. Each subsystem is called agent and the connected subsystems are called neighbors. The agents update their state in a decentralized manner by taking into account the neighbors' states. The characterization of the local control feedback gains ensuring topology preservation is provided. The results are based on invariance and set-theory and yield to conditions in Linear Matrix Inequality (LMI) form. The conditions for topology preservation are applied to an illustrative example concerning partial state consensus of agents with double integrator dynamics

Controle de topologia em redes de robôs móveis cooperativos utilizando consenso

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015.Em grupos de robôs móveis cooperativos, os chamados sistemas multi-robôs, a comunicação é um fator de extrema importância para a correta alocação e realização das tarefas. Essa comunicação é determinada diretamente pela disposição geográfica dos robôs uns em relação aos outros, a chamada topologia de comunicação. O controle da topologia de comunicação em um grupo de robôs permite que certas características da rede de comunicação sejam enfatizadas ou anuladas de acordo com a movimentação dos robôs que a compõem. Neste trabalho são apresentadas duas abordagens para controle de topologia em redes de robôs móveis, em função de quais propriedades dessas redes se deseja exaltar: o controle de topologia para a minimização da comunicação, que possibilita a redução do consumo de energia e da interferência causada pelos processos de comunicação; e o controle de topologia para a manutenção da conectividade, que garante condições para a não desconexão da rede, mesmo que esta esteja sob a influência de instabilidades. Através de um controle de conectividade baseado em consenso, a ação dos algoritmos de controle da topologia é aplicada aos robôs de maneira descentralizada, garantindo que as propriedades desejadas ocorram. São realizados simulações e testes com robôs reais, comprovando a eficiência dos algoritmos propostos em garantir as propriedades topológicas a eles associadas.Abstract : In cooperative robot systems, also known as multi-robot systems, the communication is an extremely important factor for the correct allocation and execution of the robot tasks. This communication is directly determined by the geographic position of the robots in relation each other, which is called communication topology. The topology control can be used to change aspects of the communication topology, allowing that some network characteristics are canceled or exalted, according with the robot's movement in the network. This work presents two approaches for topology control in mobile robot networks that ensure certain properties: the topology control for minimization of the communication, reducing the consumption of energy and the interference caused by radio communication; and the topology control for the connectivity maintenance, ensuring conditions for do not disconnection, even under unstable environments. Through of a connectivity control based on consensus, the action of topology control algorithms is applied to the robots in a decentralized way, ensuring the existence of the desired properties. Finally, are made simulations and tests with real robots, proving the efficiency of the proposed algorithms to ensure the functions assigned to them