时延影响下离散多智能体系统安全一致性及算法研究

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多智能体系统的分布式协调控制由于具有鲁棒性强、容错性好以及和降低能耗等优点,其已被广泛应用于智能交通、智能电网以及飞行编队等众多复杂系统中。一致性问题作为复杂系统协调控制中的基本问题,其是指在没有集中控制的条件下,系统中所有个体仅通过局部彼此间信息的交互,从而使得系统中所有个体的状态在一定时间内趋于一致。然而,复杂系统除了会受到诸如时延、各类噪声数据的影响外,还会面临自身个体参数错误与设备故障的问题,甚至还会遭遇外界的恶意攻击,复杂系统的安全性问题近年来逐渐受到了国内外学者的广泛关注。因此,针对复杂系统的安全一致协调控制问题的研究显得尤为重要!本文在已有相关研究工作的基础上,运用概率论、代数图论、矩阵理论和稳定性理论等知识,分别讨论了两类多智能体系统在时延影响下的安全一致性问题。具体内容如下:针对一类存在拜占庭恶意节点的离散时间多智能体系统,研究了其在时延影响下的安全一致性问题。以距离期望值一个标准差为约束条件,设计了一类容忍性强的安全一致性算法。算法利用包含自身信息的邻居时延信息序列,以约束条件为范围区间选取有效个最优信息作为控制输入,使系统中正常智能体在一定条件下实现安全一致。利用图论、矩阵论以及复杂系统稳定性理论等知识分析得到了系统实现安全一致性的充要条件。最后,通过仿真实验对所提出的安全一致性算法以及理论分析所得的结果进行了验证。仿真实验的结果表明该算法不仅增强了系统对恶意智能体的抵抗能力,同时还降低了系统中正常智能体的拓扑连通性要求。此外,实验结果还表明通信时延虽然不会影响系统安全一致的实现,但是会影响系统的收敛速度。复杂系统的个体间并不是只存在相互合作或者相互竞争的关系,还会同时存在合作与竞争的复杂关系。针对一类存在通信时延的离散时间多智能体系统,讨论了其安全分组一致性问题。系统中各正常个体之间存在合作与竞争关系,正常个体不仅会遭受外界恶意节点的攻击,同时还会与不同组正常个体间相互竞争。在安全一致性算法的基础上,设计了一类基于合作-竞争关系的安全分组一致性协议,利用盖尔圆盘定理、矩阵论和奈奎斯特稳定性理论等,分析给出了系统实现安全分组一致的代数条件。通过仿真实验验证了所得理论结果的正确性,以及所设计协议在处理恶意节点攻击时的有效性。最后,对论文的工作进行了总结,并对未来的工作进行了展望。
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