Distributed optimization is often widely attempted and innovated as an attractive and preferred methodology to solve large-scale problems effectively in a localized and coordinated manner. Thus, it is noteworthy that the methodology of distributed model predictive control (DMPC) has become a promising approach to achieve effective outcomes, e.g., in decision-making tasks for multi-agent systems. However, the typical deployment of such distributed MPC frameworks would lead to the involvement of nonlinear processes with a large number of nonconvex constraints. To address this important problem, the development and innovation of a hierarchical three-block alternating direction method of multipliers (ADMM) approach is presented in this work to solve this nonconvex cooperative DMPC problem in multi-agent systems. Here firstly, an additional slack variable is introduced to transform the original large-scale nonconvex optimization problem. Then, a hierarchical ADMM approach, which contains outer loop iteration by the augmented Lagrangian method (ALM) and inner loop iteration by three-block semi-proximal ADMM, is utilized to solve the resulting transformed nonconvex optimization problem. Additionally, it is analytically shown and established that the requisite desired stationary point exists for convergence in the algorithm. Finally, an approximate optimization stage with a barrier method is then applied to further significantly improve the computational efficiency, yielding the final improved hierarchical ADMM. The effectiveness of the proposed method in terms of attained performance and computational efficiency is demonstrated on a cooperative DMPC problem of decision-making process for multiple unmanned aerial vehicles (UAVs).


翻译:分散式模型预测控制(DMPC)的方法已成为实现有效结果的有希望的方法,例如多试剂系统的决策任务;然而,典型的分散式移动式组合控制框架的部署将会导致非线性流程的参与,并有大量非 Convenx限制;为了解决这一重要问题,在本工作中提出开发和创新三级三级级递增工具交错法(ADMMM)的方法,以解决多试剂系统中的这一非康韦克斯DMPC合作型组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合组合组合组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合式组合

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