综述：关于自主机器人事件触发控制方法的文献综述

《Annual Reviews in Control》：A bibliographical review on event-triggered control of autonomous robots

　　

摘要

近年来，事件触发控制技术因在理论和工程领域对自主机器人的应用而受到广泛关注。该机制通过在特定事件发生时才触发控制更新，显著降低了通信消耗和计算资源需求，同时确保系统的稳定性和性能。本综述旨在系统梳理三类自主机器人领域中事件触发控制技术的最新研究进展。首先，探讨了各种事件触发控制方法的基本架构及其优缺点；接着分析了该技术在实际工程中面临的问题，并总结了现有方法；此外还介绍了三种应用场景，以展示该技术在飞行机器人、移动机器人及海洋机器人领域的应用潜力。最后，指出了当前存在的挑战及未来研究方向，以推动自主机器人领域中事件触发控制技术的发展。

引言

无人机、无人地面车辆以及无人水面艇等自主机器人因其巨大的变革潜力，受到了学术界和工业界的极大关注。这类机器人集成了先进的传感器、高性能处理器以及人工智能技术，使其能够在复杂环境中自由导航，高效地采集并分析数据（Dai等人，2024）。过去几十年的研究表明，提升控制性能是增强自主机器人智能水平与实用价值的关键。因此，自主机器人的控制方法研究一直是学术界和工业界关注的焦点。有兴趣的读者可参考多篇综述文章（Cohen等人，2024；De Croon等人，2022；D?rfler和Francis，2010；Garg等人，2024；Ingrand和Ghallab，2017；Liu等人，2016；Simmons，1994；Wehner等人，2016；Zhang和Jiang，2008），了解自主机器人控制领域的最新进展。

自主机器人在各种场景中的广泛应用带来了更高的导航与控制要求。然而，随着网络通信技术的普及，能量、通信以及计算资源等方面的限制也随之出现，这些因素为工业生产的可持续发展带来了阻碍。在自主机器人的控制方面，传统的周期性采样控制策略可能会产生大量冗余的系统采样状态，这些状态会被上传到通信网络中，不仅增加通信成本，还可能引发网络拥堵（X.-M. Zhang等人，2023）。为解决这一问题，事件触发控制技术应运而生。该技术通过事件触发而非定时触发的方式实现系统资源的优化配置，只有在性能偏差超过阈值时才会触发控制更新，从而在保障控制性能与稳定性的同时，大幅降低通信、计算及能源消耗，还能减少执行器的磨损。事件触发控制技术的优势还包括延长设备电池寿命、减轻网络压力，以及提高在恶劣环境中的硬件耐用性，因此特别适合那些通信资源有限的自主系统（Heemels等人，2012；Heemels等人，2008；Tabuada，2007）。图1展示了2005年至2025年间与事件触发控制技术相关的年度论文数量，可以看出呈现明显的上升趋势，尤其是2020年后增长尤为迅速，这反映出人们越来越认可该技术作为资源受限自主系统解决方案的潜力。此外，图2通过关键词共现网络展示了事件触发控制技术的主要研究主题群及其随时间的变化趋势，这种可视化方式有助于清晰把握不同发展阶段下的研究动向与主题关联。

对于自主机器人而言，尽管现有的数据采样技术和系统控制方法已经较为成熟，但关于事件触发控制设计的系统性理论仍然不足。而且，对事件触发控制技术的研究也将推动新型自主机器人的发展。为了缩小事件触发控制策略与自主机器人之间的差距，有必要深入分析现有的研究成果，指出其不足之处，并凸显其优势。目前已有不少关于事件触发控制技术研究进展的综述文章。在网络控制系统领域，Lemmon在2010年、Mahmoud和Sabih在2014年、J. Wu等人于2022年、Xiao等人于2024年将事件触发控制策略应用于控制、估计和优化环节。Zhang等人（2016）基于采样数据研究了网络系统中的事件触发控制与滤波问题。Sedghi等人（2022）则结合机器学习技术，总结了网络控制系统中事件触发控制技术面临的难题及研究趋势。在动态事件触发控制领域，Ge等人（2021）详细阐述了该技术的发展历程、主要问题及未来趋势。同时，Ge等人（2019）回顾了在资源受限的传感器网络上运行的动态系统分布式事件触发估计技术的最新进展。针对多智能体系统的一致性问题，Xu和Huang（2022）对近期的一些事件触发控制研究成果进行了详细梳理。不过，本文所涉及的事件触发控制研究聚焦于自主机器人领域。除了介绍最新的研究成果外，本文还特别关注了那些未被前述研究涵盖的相关内容。此外，本文还系统梳理了事件触发控制技术的各类应用，可为自主机器人控制领域的工程师提供直接参考。

通过合理设计触发条件并优化控制算法，可以实现自主机器人的高效控制与优化。但据作者所知，目前关于事件触发控制技术在自主机器人中的应用的相关文献仍较为匮乏，这类应用主要涉及飞行机器人、移动机器人以及海洋机器人。本文的主要贡献可归纳如下：

• (1)
  本文系统梳理了现有的各类事件触发控制方法，深入分析了这些方法的核心原理，以及其在应用中的优势与劣势。
• (2)
  全面总结了事件触发控制设计在实际应用中面临的主要约束条件，进一步探讨了影响事件触发控制策略效果的多维度因素。
• (3)
  详细分析了事件触发控制策略在飞行机器人、移动机器人以及海洋机器人等各类自主机器人中的应用情况。

本文的其余部分结构如下：第2节介绍了几种基本的事件触发控制方法，以及根据不同特征进行的分类，这些内容为后续分析提供了基础。第3节探讨了在各种实际工程约束条件下的事件触发控制技术研究进展，这些约束条件包括有限/固定/预定时间约束、预定性能约束、故障与干扰、网络通信约束以及网络攻击等。第4节介绍了事件触发控制技术在飞行机器人、移动机器人以及海洋机器人领域的实际应用情况。

章节要点

单智能体系统的事件触发控制方法

与传统的时间触发控制机制相比，事件触发控制机制通过事件监测器实时监控系统状态。当物理故障、网络攻击或外部干扰导致系统状态误差或性能指标超过阈值时，触发单元就会启动相应的控制动作。

存在多种工程问题的现有事件触发控制策略

不同的事件触发控制策略通过采用多种智能化的触发条件，有效减少了不必要的通信和计算资源消耗，在控制理论领域取得了显著进展。不过，事件触发控制技术的性能不仅取决于触发条件的设计，还与诸多不确定且未知的因素密切相关。尤其是在实际工程应用中，这些因素往往相互交织，给设计工作带来了很大难度。

现有事件触发控制策略在自主机器人中的实际应用

从工程应用的角度来看，自主机器人常常面临电池寿命和通信带宽的限制。由于事件触发控制技术的优势，它被广泛应用于资源受限的自主机器人中，尤其适用于需要协同完成任务的多个机器人系统。本章分析了现有事件触发控制策略在飞行机器人、移动机器人以及海洋机器人中的实际应用情况。

结论与未来研究方向

本综述强调了事件触发控制技术在平衡控制性能与通信效率方面的巨大潜力，为推进该技术在自主机器人领域的理论与应用发展提供了全面的参考。首先，从理论角度简要介绍了几种典型的事件触发控制方法；接着从控制理论的角度，探讨了在考虑各种实际工程问题时的事件触发控制技术研究进展；最后，

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了以下机构的支持：中国国家自然科学基金（项目编号：62373188、62233009、62003162）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20240182、BK20253024）、教育部产学合作创新基金（项目编号：2021ZYA02005）以及中国航空科学基金会（项目编号：2025L015052001、20220007052003）、中央高校基本科研业务费（项目编号：NE2024004、NI2024001）。

Ziquan Yu|Chuan Yu|Youmin Zhang|Bin Jiang

南京航空航天大学自动化工程学院，中国南京211106