中文摘要：

本项目研究在群体系统的自组织行为和协调控制问题中，个体之间的相互作用规则和通信拓扑结构的基本影响作用。对于一类非对易leader-follower群体系统的能控性问题，得到了固定拓扑和切换拓扑情况的能控性条件和具体的控制器算法，可以实现群体统从任意初始状态到期望状态的运动。对于一般的非对易群体的动态行为，系统地分析了耦合拓扑结构、环境噪声、通信时滞等因素对群体动力学的影响，揭示了普遍存在的群体振荡现象。在非对易拓扑情况下，发现了通信时滞引起的多频聚集－振荡复杂现象，计算得到了群体中心运动频率与时滞的数值关系。在群体系统的建模中提出了新的个体相互作用势函数，可以保证避免个体之间发生碰撞。对于群体系统的协调控制问题，给出了leader-follower系统在时变拓扑结构情况下的切换控制方法，建立了系统的跟踪性能和稳定性条件。对于群体编队问题，提出了一个普遍排斥和选择性吸引规则，可以实现常见的典型队形并能使个体之间按预定顺序排列。另外，以多机器鱼实验系统为具体对象，进行了群体系统协调控制的物理实验，成功实现了群体协作轨迹跟踪控制任务。这些研究结果对于认识好利用群体行为的机理具有基本的意义。