Time-varying formation tracking analysis and design problems for second-order Multi-Agent systems with switching interaction topologies are studied, where the states of the followers form a predefined time-varying formation while tracking the state of the leader. A formation tracking protocol is constructed based on the relative information of the neighboring agents. Necessary and sufficient conditions for Multi-Agent systems with switching interaction topologies to achieve time-varying formation tracking are proposed together with the formation tracking feasibility constraint based on the graph theory. An approach to design the formation tracking protocol is proposed by solving an algebraic Riccati equation, and the stability of the proposed approach is proved using the common Lyapunov stability theory. The obtained results are applied to solve the target enclosing problem of a multiquadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) system consisting of one leader (target) quadrotor UAV and three follower quadrotor UAVs. A numerical simulation and an outdoor experiment are presented to demonstrate the effectiveness of the theoretical results.

Time-varying formation control problems for unmanned aerial vehicle (UAV) swarm systems with switching interaction topologies are studied. Necessary and sufficient conditions for UAV swarm systems with switching interaction topologies to achieve predefined time-varying formations are proposed. Based on the common Lyapunov functional approach and algebraic Riccati equation technique, an approach to design the formation protocol is presented. An explicit expression of the formation reference function is derived to describe the macroscopic movement of the whole UAV formation. A quadrotor formation platform consisting of four quadrotors is introduced. Outdoor experiments are performed to demonstrate the effectiveness of the theoretical results.

Formation-containment control problems for multiple multirotor unmanned aerial vehicle (UAV) systems with directed topologies are studied, where the states of leaders form desired formation and the states of followers converge to the convex hull spanned by those of the leaders. First, formation-containment protocols are constructed based on the neighboring information of UAVs. Then, sufficient conditions for multi-UAV systems to achieve formation-containment are presented. An explicit expression to describe the relationship among the states of followers, the time-varying formation for the leaders and the formation reference is derived. It is shown that the states of followers not only converge to the convex hull formed by those of leaders but also keep certain formation specified by the convex combination of the formation for the leaders. Moreover, an approach to determine the gain matrices of the formation-containment protocol is proposed by solving an algebraic Riccati equation. Finally, a formation-containment platform with five quadrotor UAVs is introduced, and both the simulation and experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of the obtained results. Note to Practitioners-This paper addresses the problem of formation-containment control for multi-UAV systems over directed topologies. In practical applications, there may exist multiple leaders and multiple followers in a multi-UAV system. Formation-containment means that the states of leaders form the desired time-varying formation and at the same time the states of the followers converge to the convex hull spanned by those of the leaders. Formation-containment control provides a unified framework for formation control and containment control, and has potential applications in the cooperative source seeking, load transportation, and surveillance. Although formation control and containment control problems have been studied a lot, the formation-containment control problem for multi-UAV system is still open and challenging. This paper proposed a distributed formation-containment protocol for the multi-UAV system using local neighboring information. Sufficient conditions for multi-UAV systems to achieve formation-containment are presented. It is proven that the states of followers not only converge to the convex hull formed by those of leaders but also keep certain formation specified by the convex combination of the formation for the leaders. An approach to design the formation-containment protocol is given. A remarkable point for this paper is that the obtained results are demonstrated by practical experiments with five quadrotor UAVs.

Abstract Peroxyacetyl nitrate (PAN) is a hazardous secondary pollutant and a nitrogen reservoir in the troposphere, while comprehensive studies on its spatiotemporal distribution, chemical sources, and control strategies are limited. This study addressed these issues based on 1-year multi-site observations in the Pearl River Delta region, showing a pattern of higher PAN levels in the cold season, particularly in coastal areas. Moreover, in situ modeling indicated a net photochemical PAN formation in the warm season, while PAN was dominated by regional transport in the cold season (i.e., rural and coastal areas), releasing NO 2 and PA radicals and promoting ozone (O 3 ) formation. In addition, the feasibility of joint control of PAN and O 3 was confirmed by their isopleth diagrams. C 7 –C 9 aromatics and C 4 –C 5 alkenes, largely from vehicle exhaust and solvent usage, were identified as the predominant contributors to PAN formation in this region. Overall, this study deepens our understanding of PAN chemistry and provides valuable insights into its control measures.

Mastering the spatiotemporal evolution laws of carbon sources and sinks is of great significance to promote the coordinated development of regional low-carbon, improve the science of carbon reduction and sink increase policies, and realize the goal of "double carbon." Taking 41 cities in the Yangtze River Delta Region as the research object, this study analyzed the spatiotemporal evolution characteristics of carbon sources and sinks in the Yangtze River Delta Region from 2000 to 2020 and conducted the carbon balance zoning. The results were as follows： ① The carbon emissions increased rapidly in the Yangtze River Delta Region from 2000 to 2011 but with some fluctuations after 2011. Carbon sinks increased slowly in the Yangtze River Delta Region from 2000 to 2020. The regional differences in carbon emissions and carbon sinks were significant, and the spatial pattern was relatively stable. ② The carbon compensation rate in the Yangtze River Delta Region showed a downward trend, and the carbon productivity, energy utilization efficiency, and carbon ecological support capacity were constantly enhanced. Interregional differences were the main source of carbon compensation rate in the Yangtze River Delta Region. Both the carbon compensation rate and carbon ecological support coefficient showed a spatial pattern of "high in the west and low in the east, high in the south and low in the north." The areas with high carbon economy contributive coefficient were concentrated in the central and southern areas of the Yangtze River Delta regions, and the areas with low carbon economy contributive coefficient were concentrated in Anhui Province. ③ Based on the carbon economy contributive coefficient and the carbon ecological support coefficient, cities in the Yangtze River Delta Region were classified into low-carbon maintenance areas, economic development areas, carbon sink development areas, and comprehensive optimization areas. Recommendations were proposed for each category of cities in order to promote the coordinated development of regional low-carbon and realize the goal of "double carbon".