Robust synchronization of heterogeneous robot swarms on the sphere

Synchronization on the sphere is important to certain control applications in swarm robotics. Of recent interest is the Lohe model, which generalizes the Kuramoto model from the circle to the sphere. The Lohe model is mainly studied in mathematical physics as a toy model of quantum synchronization. The model makes few assumptions, wherefore it is well-suited to represent a swarm. Previous work on this model has focused on the cases of complete and acyclic networks or the homogeneous case where all oscillator frequencies are equal. This paper concerns the case of heterogeneous oscillators connected by a non-trivial network. We show that any undesired equilibrium is exponentially unstable if the frequencies satisfy a given bound. This property can also be interpreted as a robustness result for small model perturbations of the homogeneous case with zero frequencies. As such, the Lohe model is a good choice for control applications in swarm robotics

A stability-theory perspective to synchronisation of heterogeneous networks

Dans ce mémoire, nous faisons une présentation de nos recherches dans le domaine de la synchronisation des systèmes dynamiques interconnectés en réseau. Une des originalités de nos travaux est qu'ils portent sur les réseaux hétérogènes, c'est à dire, des systèmes à dynamiques diverses. Au centre du cadre d'analyse que nous proposons, nous introduisons le concept de dynamique émergente. Il s'agit d'une dynamique "moyennée'' propre au réseau lui-même. Sous l'hypothèse qu'il existe un attracteur pour cette dynamique, nous montrons que le problème de synchronisation se divise en deux problèmes duaux : la stabilité de l'attracteur et la convergence des trajectoires de chaque système vers celles générées par la dynamique émergente. Nous étudions aussi le cas particulier des oscillateurs de Stuart-Landau