【摘 要】
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近年来,多智能体系统的分布式协同控制被广泛应用于民用和国防等领域。网络化多智能体系统带来便利的同时,具有被恶意攻击的潜在风险,甚至会破坏系统稳定性,造成经济损失。因此,研究面向网络攻击的多智能体系统的弹性控制,保证系统安全可靠运行,具有重要的理论和工程意义。本文针对拒绝服务(denial-of-service,Do S)攻击、虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击以及
【基金项目】
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国家自然科学基金“网络攻击下不确定下三角多群组信息物理系统安全协同控制研究”(项目编号:61873130); 青年基金“具有动态不确定性的下三角多智能体系统分布式自适应协同控制”(项目编号:61503194);
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近年来,多智能体系统的分布式协同控制被广泛应用于民用和国防等领域。网络化多智能体系统带来便利的同时,具有被恶意攻击的潜在风险,甚至会破坏系统稳定性,造成经济损失。因此,研究面向网络攻击的多智能体系统的弹性控制,保证系统安全可靠运行,具有重要的理论和工程意义。本文针对拒绝服务(denial-of-service,Do S)攻击、虚假数据注入(false data injection,FDI)攻击以及通信链路攻击下的线性多智能体系统的分布式弹性协同控制问题,结合图论、状态反馈和输出调节等方法,重构和补偿受攻击影响的缺失信号和受损信号,通过事件触发机制减少不必要的通信,并通过微电网中的电压同步仿真来验证控制策略的有效性。本文的研究工作主要包含以下三个方面:1、针对Do S攻击下具有领导跟随者的同构线性多智能体系统的一致性控制问题,提出基于双端事件触发的分布式弹性协同控制策略。双端事件触发机制由各智能体的测量通道和控制通道上的触发机制所组成。在Do S攻击区间内,利用自适应观测技术,设计综合状态观测器,重构Do S攻击导致的缺失信号。基于所设计的观测器,研究Do S攻击下多智能体系统的双端触发机制,其触发函数可灵活切换。设计无需连续通信的实现算法,以避免触发机制对邻居状态的连续获取。构造Lyapunov函数分析系统,得到闭环系统可承受的Do S攻击频率和持续时间范围,并证明跟随者和领导者间的同步信号达到有界一致。进一步,设计基于自触发的分布式弹性协同控制策略,以避免测量误差的连续监测。2、针对传感器和执行器FDI攻击下具有领导跟随者的同构线性多智能体系统的一致性控制问题,提出基于双端动态触发的分布式弹性协同控制策略。双端动态触发机制由智能体测量通道上的两个触发机制构成。同时考虑智能体传感器和执行器遭受未知时变FDI攻击的情况。借助投影算子,利用状态估计误差,设计自适应补偿状态观测器,估计智能体正常运行状态。基于所设计的自适应补偿状态观测器,研究双端动态触发机制,在保持系统性能的同时,减少触发次数。为每个智能体设计邻居智能体状态观测器,避免触发机制对邻居状态的连续获取。构造Lyapunov函数分析证明跟随者和领导者间的同步信号达到有界一致。3、针对通信链路攻击和执行器FDI攻击下具有领导跟随者的异构线性多智能体系统输出同步控制问题,提出基于触发机制的完全分布式弹性协同控制策略。为应对表现为通信权重变化的通信链路攻击,为跟随者设计完全分布式观测器,重建领导者信息,无需任何全局信息。利用有限时间控制技术,在有限时间内估计出领导者动态矩阵。借助触发机制,减少网络负担。对于未知时变执行器FDI攻击,根据设计的基于触发机制的完全分布式观测器,利用时变输出调节方程,设计自适应状态补偿器。设计了无需连续通信的实现算法,避免触发机制对邻居状态的连续获取。构造Lyapunov函数分析证明跟随者和领导者间的输出信号达到有界一致。
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