网络化多智能体系统的事件触发一致性研究

来源 :浙江大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Helilujah
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随着先进控制技术的日益发展,分布式大规模复杂网络的出现和蓬勃发展被广泛应用于各个控制领域,比如无线传感器网络、编队控制、能源系统等。多智能体系统作为复杂网络系统中一种典型系统,由于它在实际中的广泛应用受到越来越多研究者的关注。在多智能体的协同控制中,一致性是其最基本的研究问题,其目标主要是通过设计一个控制器使得智能体之间通过局部的信息交换来实现每个智能体的状态或者输出收敛到一个共同的值。在传统的一致性控制背景下,一致性的获得是通过假设智能体之间存在连续的安全信息交换来实现的。然而,这样的假设在数字执行平台上需要有足够的计算资源和理想通信环境的支持。特别是当智能体本身的内部设备是由电池供电以及通信网络被攻击者攻击时。很显然,由于有限的通信带宽和易受攻击的通信信道使得这一假设在实际应用中很难实现。为了充分利用多智能体系统中的有限的通信网络资源,事件触发控制作为一种有效的控制方法被引入到多智能体系统中研究一致性问题。本论文主要设计事件触发控制策略研究多智能体系统中存在的一系列问题,比如固定/切换通信拓扑、控制器发生故障、通信网络遭受外部攻击等。具体研究内容包括以下四个方面:首先,固定和切换通信拓扑下多智能体系统事件触发一致性分析。考虑到每个智能体因复杂通信环境很难获得自己的真实状态,采用基于模型的控制方法估计每个智能体的真实状态。然后,通过估计的状态设计事件触发一致性协议和事件触发条件分别考虑固定通信拓扑和切换通信拓扑两种情况下多智能体系统一致性问题。分析表明,设计的事件触发控制器和事件触发条件不仅可以保证多智能体系统的一致性,而且也可避免“芝诺现象”的发生。其次,基于观测器的分布式自适应事件触发机制下多智能体系统容错一致性分析。在多智能体通信网络中,一些不可预测的因素可能导致系统状态的不可用、控制器部分失效以及由于在设备开关过程中可能导致的抖振现象。为了克服上述因素对系统性能的影响,本章节提出基于观测器的分布式自适应事件触发容错通信协议和分布式自适应事件触发条件。其中,抖振现象的存在致使设计的控制器是不连续的。然后,利用状态边界层的方法将不连续控制器转化为连续控制器。分析表明,本章节设计的控制器和事件触发条件不仅可以完全避免智能体之间连续通信的发生同时也可以保证多智能体系统一致性的实现。再次,已知拒绝服务器攻击策略下多智能体系统事件触发安全一致性分析。在多智能体网络中,智能体之间的通信可能受到外部攻击从而降低系统的性能甚至破坏系统的稳定性。因此,有必要从网络安全的角度研究多智能体系统的一致性问题。由于攻击者是能量受限使得整个时间序列被分为通信区间和攻击区间。其中,通信区间因不遭受网络攻击而存在事件触发;攻击区间会因遭受网络攻击使得智能体之间不能通信从而导致智能体的控制输入变为零。对于通信区间,采用测量组合的方法设计领航者-跟随者通信协议和触发条件来研究事件触发一致性问题。对于攻击区间,假设系统可以提前检测到攻击者的部分信息,采用状态估计的方法来预估系统的演化过程。针对整个时间序列,采用Lyapunov函数和迭代方法来给出多智能体系统能够获得安全一致性的充分条件。最后,未知拒绝服务器攻击策略下多智能体系统输入事件触发安全一致性分析。当攻击者的攻击策略完全未知时,针对通信区间,采用基于模型的控制方法来估计间断时刻内智能体之间的相对状态。然后,基于估计的相对状态来设计事件触发通信协议和触发条件。其中,所设计的触发条件是基于每个智能体的控制输入而不是传统的状态测量误差。对于攻击区间,通过假设存在备份机制,无控制输入的被控系统经过一段时间后可以恢复到通信区间。由于备份机制的存在,整个系统可以看作是一个“切换系统”框架。通过引入攻击频率和攻击持续时间这两个概念,并讨论给出其上界,分析了切换系统的稳定性,给出了实现安全一致性的充分条件。
其他文献
2006年3月,美国两位学者利伯和普雷斯在影响较大的美国《外交事务》杂志发表题为《美国核老大的崛起》的长文,大言不惭地声称美国现在有能力先发制人地对俄国和中国实施第一次