【摘 要】
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伴随着网络控制技术与嵌入式技术的发展,多智能体系统的概念应运而生,因其能完成单个智能体不能完成的复杂群体任务而受到越来越多学者的关注。一致性问题是多智能体系统领域中研究最为广泛的话题,设计基于网络拓扑结构的分布式控制协议是其重要任务,对于多智能体系统的集群、编队和跟踪效果有着直接的影响。然而,多智能体系统对通信网络的依赖以及开放性网络自身的脆弱性决定了其易受恶意网络攻击的威胁,这会严重影响多智能体
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伴随着网络控制技术与嵌入式技术的发展,多智能体系统的概念应运而生,因其能完成单个智能体不能完成的复杂群体任务而受到越来越多学者的关注。一致性问题是多智能体系统领域中研究最为广泛的话题,设计基于网络拓扑结构的分布式控制协议是其重要任务,对于多智能体系统的集群、编队和跟踪效果有着直接的影响。然而,多智能体系统对通信网络的依赖以及开放性网络自身的脆弱性决定了其易受恶意网络攻击的威胁,这会严重影响多智能体系统的一致性效果。因此,考虑网络攻击的影响对设计分布式控制协议有重要意义。此外,现有的一致性理论成果多集中在连续时间或固定的离散时间系统中,过多的连续通讯会造成网络资源占有率提高和传感器能量消耗,因此本文引入事件触发机制设计分布式控制协议,在达成一致控制目标的前提下减少资源浪费。在上述研究背景下,本文针对受不同类型的恶意网络攻击影响下的多智能体系统一致性问题,分别设计基于事件触发策略的控制方案。本文的主要研究内容如下:(1)针对拒绝服务攻击,本文研究有向网络拓扑下多智能体系统的事件触发趋同控制问题。考虑恶意攻击者不定期发起的拒绝服务攻击,可能导致通信通道中断。提出一种基于观测器的事件触发安全控制方案来确定控制器更新的时间,并采用保守性较小的分离方法设计控制器和观测器。然后分析在达到趋同控制目标的前提下,使用所设计控制方案的多智能体系统可以容忍的拒绝服务攻击的频率和持续时间的上界。此外,在提出的事件触发条件的帮助下,为每个智能体设计一个严格正的最小事件触发时间间隔,以消除芝诺行为。最后通过数值模拟验证理论分析的正确性。(2)针对攻击能量上界已知的虚假数据注入攻击,本文研究有向网络拓扑下多智能体系统的事件触发安全同步控制问题。在信息传输过程中,本文假设控制信号和测量信号都可能被攻击者以虚假数据篡改,并引入伯努利随机变量用于描述随机发生在量测输出信号和控制输入信号上的虚假数据注入攻击。文中设计一种依赖于观测器输出阈值的事件触发机制,以减少网络资源的浪费。在此基础上,提出一种基于观测器的弹性控制方案来解决由虚假数据注入攻击引起的有向网络拓扑多智能体系统的安全均方有界同步问题,并利用线性矩阵不等式技术设计并求解控制器增益和观测器增益。此外,利用反证法有效地消除了芝诺行为。最后通过对比仿真实验验证理论结果的有效性和适用性。(3)针对攻击能量未知的虚假数据注入攻击,本文研究多智能体系统的事件触发安全同步控制问题。假设攻击能量未知的攻击者通过篡改传感器发送的输出信号影响观测器的性能,从而进一步破坏多智能体系统的同步效果。为应对更一般化的攻击者,本文引入事件触发机制来减少输出信号的传输,并针对能量上界未知的攻击信号设计补偿机制,以减少基于事件触发机制的观测器受到的影响。提出一种基于自适应补偿协议的弹性控制方案来解决由虚假数据注入攻击引起的多智能体系统的安全均方有界同步问题,并通过线性矩阵不等式技术给出实现同步控制的充分条件。最后通过仿真实验验证所设计的自适应补偿协议的弹性控制方案的适用性和有效性。
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