互联车队一致性控制的稳定性与安全性

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随着经济发展,生活水平的提高,我国的机动车保有量日益增多。庞大的汽车数量在便利我们生活的同时,也引发了诸如交通事故、道路拥堵、温室效应等问题。随着智能交通、驾驶辅助系统的发展,将车辆通过无线网络建立信息连接,运用一致性算法组成互联车队,成为解决上述问题的一个行之有效的方案。而互联车队所用的无线网络处在外界环境中,很容易受到环境噪声、通讯噪声的干扰,从而影响车队的稳定性。除了自然因素外,还存在着网络攻击这种威胁网络正常通讯的人为因素。本文针对互联车队一致性控制中的稳定性与安全性问题进行了深入的研究,分别探讨了在不同场景下互联车队的系统和安全控制算法设计,并进行了稳定性分析,得到了车队在随机噪声干扰或网络攻击下的稳定性条件。本文主要工作总结如下:1)本文研究了处于乘性随机噪声环境下的互联车队的一致性问题。我们首先提出了通过限制控制参数从而获取系统稳定性的参数限制法。然后我们优化了该方法使得它能抵抗稍大强度的噪声。然而该方法对抗大强度噪声的能力仍有限。随之我们提出了另一种交互层法。该方法通过引入与车队相互作用的虚拟系统来保证系统的收敛性。通过选取合适的控制参数,该方法在抵抗大强度噪声方面有着良好性能。2)针对DoS攻击,本文在一致性控制算法的基础上,引入了预测器用于DoS攻击期间对前车的状态进行预测。首先我们证明了通过选择合适的控制参数,预测器的预测误差有界。而后我们在存在有界预测误差的基础上,进一步证明了车队系统的稳定性。3)本文研究了遭受注入型网络攻击的离散互联车队系统的一致性问题。首先我们得出了车队在无攻击时稳定的充要条件。然后我们引入了与原车队系统相互作用的虚拟系统来抵抗注入型的网络攻击。我们证明了无论网络攻击只针对车队通讯还是同时攻击车队和虚拟系统通讯,系统误差都能收敛于一有界值,从而说明该方法能够使互联车队达到一致性。此外,针对每个场景,我们都设计了数值仿真验证所提出控制方法的有效性。
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