Controllo del Multiconsenso e della Sincronizzazione nei Sistemi Multi-Agente: Dalla Teoria all'Implementazione Robotica

Negli ultimi anni, la crescente rilevanza dei sistemi multi-agente, come flotte di robot, veicoli o entità biologiche, evidenzia la necessità di strategie di coordinamento efficaci. Questa tesi affronta questa sfida sviluppando strategie di controllo distribuito che sfruttano le proprietà spettrali delle reti di interazione ed esplorano i comportamenti emergenti dalle interazioni locali tra gli agenti. In particolare, include la progettazione di protocolli di comunicazione per ottenere comportamenti collettivi, nonché la validazione sperimentale dei modelli teorici attraverso piattaforme robotiche. Un'innovazione chiave è l'introduzione di due protocolli di comunicazione progettati per ottenere un multiconsenso. Entrambi i protocolli permettono al sistema di raggiungere uno stato che riflette il vettore proprio principale della matrice di adiacenza, consentendo agli agenti con la stessa centralità del vettore proprio di raggiungere il consenso. A differenza delle tecniche tradizionali basate su accoppiamento diffuso, i nostri protocolli si basano sull'interscambio di informazioni assolute tra gli agenti. Sebbene questo approccio possa sembrare limitante, consente di orientare il sistema verso soluzioni multiconsenso desiderate tramite il pinning di un nodo e l'uso di un leader, riducendo così la complessità e le risorse necessarie per sistemi di grandi dimensioni. Oltre al multiconsenso, questa tesi esplora il comportamento dinamico della sincronizzazione dei cluster. Sfruttando i blocchi spettrali, sviluppiamo una strategia di controllo per modellare la dinamica di sincronizzazione di ciascun cluster, inclusa la loro capacità di sincronizzazione e l'ordine in cui i cluster si sincronizzano al crescere della forza di accoppiamento. Inoltre, conduciamo indagini sperimentali utilizzando due piattaforme robotiche: Elisa-3 ed e-puck2. Queste piattaforme permettono la validazione dei modelli matematici in scenari reali e consentono indagini sperimentali in ambienti in cui i parametri, per loro natura, non sono controllabili ma possono essere regolati. In primo luogo, validiamo il nostro primo protocollo utilizzando un team di sei robot Elisa-3 per affrontare il problema del rendezvous, utilizzando sistemi di posizionamento virtuale e comunicazione per lo scambio di posizioni, dimostrando l'efficacia del protocollo proposto. Gli esperimenti in cui i robot interagiscono tramite comunicazione locale mostrano che, nonostante i fattori del mondo reale, fenomeni come l'aggregazione possono emergere tramite interazioni faccia a faccia dirette, così come la sincronizzazione può verificarsi tra le unità accoppiate quando sono in prossimità. Mostriamo anche che l'eterogeneità del sistema può migliorare il comportamento collettivo, come nel caso della risposta alla sincronizzazione. Per replicare in modo più accurato le caratteristiche del modello matematico, in alcuni casi adottiamo un sistema di comunicazione virtuale che garantisce interazioni più affidabili, dimostrando il ruolo cruciale giocato dall'interazione tra le unità nell'emergere dei comportamenti collettivi. Complessivamente, questa tesi fornisce importanti intuizioni sui sistemi multi-agente, dimostrando come robuste strategie di controllo distribuito possano gestire i comportamenti collettivi. Validando i modelli matematici tramite esperimenti, offre un quadro per lo studio dei comportamenti collettivi emergenti in ambienti controllati, aprendo la strada per future esplorazioni e innovazioni nel coordinamento dei sistemi multi-agente, con potenziali applicazioni in ambito accademico e industriale.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2024

Author dc:creator

• TOMASELLI, CINZIA

Contributors dc:contributor

• FRASCA, MATTIA

• Multi-agent system
• Dynamic system
• Distributed control
• Communication protocol
• Multiconsensu
• Cluster synchronization
• Experimental validation
• Robot swarm
• Network symmetrie
• Eigenvector centrality
• Spectral blocks
• Sistema multi-agente
• Sistemi dinamici
• Controllo distribuito
• Protocollo di comunicazione
• Sincronizzazione a cluster
• Validazione sperimentale
• Sciami di robot
• Simmetrie della rete
• Centralità dell'autovettore
• Blocchi spettrali

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:PUBBLICO - Pubblico con Copyright
• license uri:iris.PUB02

Language dc:language

ita

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/658189

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/658189