不确定通信拓扑下多智能体系统鲁棒一致性

本文研究一类具有通信不确定的多智能体系统鲁棒一致性问题.本文提出基于标称通信拓扑有向生成树的线性变换方法,将线性多智能体系统的状态一致性问题转化为相应线性系统的鲁棒部分变元渐近稳定性问题.首先采用基于有向生成树关联矩阵的线性变换,将多智能体系统网络的全局状态方程转化为一个降阶子系统;其次,将拉普拉斯矩阵的摄动部分进行分解,利用降阶系统设计鲁棒二次镇定控制器,推导出所有智能体状态达到渐近一致的充分条件.在此基础上将控制协议的参数设计转化为求解线性矩阵不等式的可行解.最后,通过数值仿真验证了所提出的一致性协议分析与设计方法的可行性和有效性.     

基于深度学习的智能交通系统通信网络脆弱性检测

智能交通系统是集群智能技术的典型应用之一. 为解决现有智能交通通信网络脆弱性检测方法复杂度高、实时性差的问题, 提出引入深度学习技术对网络脆弱性检测方法进行设计. 先利用多智能体网络协同和消息传输机制与智能交通系统车辆间协作通信网络的共通性, 将智能交通系统通信图脆弱性检测问题建模为对多智能体网络r-鲁棒值的求解问题. 再针对随网络节点数目增多r-鲁棒值求解成NP难问题, 设计给出一种融入残差网络的深度学习算法, 将鲁棒值求解问题转化为深度学习图分类问题. 所提算法可有效应对动态多变的智能交通通信网络并对其实现快速精准的脆弱性检测. 最后通过一组典型交通场景的仿真实验验证本文所提方法的有效性.     

具有输入时滞多智能体系统的鲁棒H∞趋同控制

讨论了同时受外部扰动,输入时滞以及网络模型不确定的多智能体系统的趋同控制.通过定义一个适当的控制输出,我们将这个问题转化一个鲁棒H∞控制问题.基于此,我们给出了两个判断闭环多智能体系统趋同的准则,并且运用锥补线性化算法得到状态反馈控制器的参数.最后,给出一个仿真用以验证我们趋同算法的有效性.     

二阶多智能体系统包含控制的时滞范围优化

研究具有未知时滞的二阶多智能体系统的鲁棒包含控制问题,考虑智能体之间同时具有通信延时和自延时,分别在无向拓扑和有向拓扑通信下,获得多智能体系统保持鲁棒包含控制所能允许的最大时滞范围.借助函数的凸分析和非线性规划方法解析地获得了无向图下包含控制所允许的最大时滞范围.对于有向图,通过遗传算法求解非光滑的优化问题获得最大时滞范围的数值解,同时结果可退化为领导-跟随控制所能获得的最大时滞范围.最后,通过仿真例子验证所提出理论和算法的有效性.     

具有时变通信延迟的多智能体系统改进蜂拥控制

针对不确定非线性二阶多智能体系统中存在的时变通信时延和未知干扰问题,提出了一种鲁棒自适应蜂拥控制规律。为了使二阶多智能体系统能够具有更好的抗干扰能力,设计了基于智能体位置状态信息和速度状态信息的鲁棒自适应算子,实现了系统在时变通信时延扰动下的分布控制。通过使用Lyapunov-Krasovskii方法构造能量函数,证明了多智能体系统的网络连通性,智能体的速度收敛于虚拟领导者的速度,并给出了具有时变通信时延的多智能体系统收敛条件。仿真实验结果表明,在不同干扰强度和不同通信时延下系统均能实现快速收敛,形成稳定的拓扑结构,证明所提方法正确有效。     

具有时延和切换拓扑的高阶离散时间多智能体系统鲁棒保性能一致性

研究存在参数不确定性的高阶离散时间多智能体系统在时延和联合连通切换通信拓扑条件下的鲁棒保性能一致性问题,给出一种线性一致性协议的设计方法.1）引入高阶离散时间不确定多智能体系统的鲁棒保性能一致性问题,定义基于智能体邻居状态误差和控制输入的保性能函数;2）通过构造合适的Lyapunov函数并利用离散时间系统稳定性理论,推导出一个使高阶离散时间不确定多智能体系统在该条件下获得保性能一致性的线性矩阵不等式（Linear matrix inequality,LMI）充分条件,并给出相应的保性能上界;3）以一致性序列的形式给出参数不确定条件下的高阶离散时间多智能体系统的一致性收敛结果;4）数值仿真验证了本文理论的正确性和有效性.     

带观测滞后和不确定噪声方差的多智能体传感网络鲁棒序贯协方差交叉融合Kalman滤波

针对带观测滞后和不确定噪声方差的分簇多智能体传感网络系统,研究鲁棒序贯协方差交叉融合Kalman滤波器的设计问题.应用最邻近法则,传感网络被分成簇.应用极大极小鲁棒估计原理,基于带噪声方差最差保守上界的最差保守传感网络系统,提出了两级序贯协方差交叉(SCI)融合鲁棒稳态Kalman滤波器,可减小通信和计算负担并节省能量,且保证实际滤波误差方差有一个最小保守上界.一种Lyapunov方程方法被提出用于证明局部和融合滤波器的鲁棒性.提出了鲁棒精度的概念且证明了局部和融合鲁棒Kalman滤波器的鲁棒精度关系.证明全局SCI融合器的鲁棒精度高于每簇SCI融合器的精度且两者的鲁棒精度都高于每个局部鲁棒滤波器的精度.一个跟踪系统的仿真例子证明了鲁棒性和鲁棒精度关系.     

不确定多智能体互联动态系统分布式鲁棒H∞协同控制

研究一类具有时延和切换拓扑的不确定多智能体互联系统的分布式协同控制问题,提出一类分布式鲁棒H∞协同控制器.该控制器能够在满足期望的H∞性能指标的前提下,使得所有智能体鲁棒地跟踪虚拟Leader.针对所提出的分布式H∞协同控制器,借助Lyapunov-Krasovskii泛函,利用线性矩阵不等式,推导出一系列充分(必要)条件,并且在通信拓扑连通的前提条件下,给出整个闭环系统的稳定性证明.仿真实例表明了所提出方法的有效性.     

二阶混杂多智能体系统的安全二分一致性

本文在合作–竞争网络下针对一类由二阶连续时间个体和离散时间个体构成的混杂多智能体系统, 研究了系统中存在恶意个体情况下的安全二分一致性问题. 首先, 在假设智能体的恶意邻居数量上限已知的情况下, 基于删除邻居信息中极端值的思想, 设计了一种安全二分一致性容错算法. 其次, 基于鲁棒图性质进行系统转换, 运用图论、矩阵论等分析工具得到了系统实现安全二分一致性的图条件. 最后, 通过仿真实例验证了所得结果的有效性.关键词: 混杂多智能体系统; 恶意个体; 安全二分一致性; 容错算法     

数据驱动的多智能体网络鲁棒包容控制

针对输入受限的受扰多智能体网络, 提出具有领航层、估计层、控制层和跟随者层的新型鲁棒包容控制方 案. 首先, 设计有限时间估值器获得跟随者的期望状态, 然后基于包容误差引入非均方折扣代价函数, 从而将鲁棒包 容控制问题转换成受限最优控制问题. 并应用Laypunov拓展原理证明得到的最优控制策略使得网络实现一致最终 有界稳定. 在系统动态完全未知的情况下, 采用提出的积分增强学习算法和执行器–评价器结构, 在线得到近似最 优控制策略. 仿真结果验证了理论方案的有效性和可行性.     

基于学习的线性多智能体系统弹性最优协同容错控制

针对一类线性多智能体系统,研究其在网络间歇性拒绝服务攻击下的最优同步控制问题.首先,在时变非对称通讯网络拓扑结构下,提出一种弹性最优协同容错控制策略,并优化多智能体的合作二次性能指标,然后证明全局跟踪误差在出现执行器故障和网络攻击时仍然渐进收敛.进一步,当考虑多智能体子系统模型参数未知,同时系统发生执行器故障的情况下,提出利用局部系统状态和输入信息的自学习迭代算法求解代数Riccati方程,计算子系统的反馈控制器增益,实现弹性协同容错控制目标.最后,通过Chua电路网络仿真算例验证所提出的控制方法的有效性.     

DoS攻击下具备隐私保护的多智能体系统均值趋同控制

均值趋同是一种广泛应用于分布式计算和控制的算法, 旨在系统通过相邻节点间信息交互、更新, 最终促使系统中所有节点以它们初始值的均值达成一致. 研究拒绝服务(Denial-of-service, DoS)攻击下的分布式离散时间多智能体系统均值趋同问题. 首先, 给出一种基于状态分解思想的分布式网络节点状态信息处理机制, 可保证系统中所有节点输出值的隐私. 然后, 利用分解后的节点状态值及分析给出的网络通信拓扑条件, 提出一种适用于无向通信拓扑的多智能体系统均值趋同控制方法. 理论分析表明, 该方法能够有效抵御DoS攻击的影响, 且实现系统输出值均值趋同. 最后, 通过仿真实例验证了该方法的有效性.     

组合连通拓扑下基于事件触发的多智能体快速一致性算法

针对组合连通拓扑下多智能体系统控制过程中存在通信和计算资源损耗大以及系统收敛速度慢等问题,提出一种新的具有状态预测器的事件触发一致性控制协议,通过设计状态预测器使每个智能体都能对其邻居智能体的未来状态作出预测;同时,对于智能个体给出了基于状态信息的事件触发条件,当状态误差满足该条件才触发事件.在该控制策略下多智能体系统可在节约通信和计算资源的同时具有更快的收敛速度.利用Lyapunov稳定性理论和代数图论,证明了所提事件触发控制策略能够有效实现组合连通拓扑结构下的平均一致性,且不存在Zeno行为.仿真实例进一步验证了理论结果的有效性.     

拒绝服务攻击下领导-跟随多智能体系统的均方一致性研究

针对带有过程噪声和测量噪声的领导-跟随多智能体系统,研究拒绝服务攻击下多智能体系统的一致性问题.首先,设计基于卡尔曼滤波的状态观测器,对智能体状态进行有效准确的估计;然后,基于预测控制理论提出一种基于状态估计信息的分布式预测控制算法,从而实现领导-跟随多智能体系统的均方一致性控制,并给出拒绝服务攻击环境下实现领导-跟随多智能体系统均方一致性的充分必要条件;最后,通过数值仿真验证所提出方法的正确性和有效性.     

Secure consensus of multi-agent systems under denial-of-service attacks

In this paper, we study the secure consensus problem for multiple-input-multiple-output (MIMO) linear multi-agent systems (MASs) subject to denial-of-service (DoS) attacks, where an attack on an agent will block its associated communication channels until it stops. Firstly, we design an unknown input observer (UIO), based upon which we develop a resilient consensus controller, where the UIO depends only on the relative outputs. By employing a common Lyapunov function (CLF) and using the average dwell-time (ADT) method, we show that secure consensus is achieved if the attack length rate is not greater than a positive threshold. Secondly, we design a resilient consensus controller with different control gains. By using the multiple Lyapunov functions (MLFs) technique, we show that secure consensus is achieved if the attack length rate and the attack frequency are respectively not greater than the corresponding positive thresholds. Finally, we present an example of multiple YF-22 research UAVs to demonstrate the theoretical results.     

Distributed adaptive output feedback tracking control for a class of uncertain nonlinear multi-agent systems

This paper addresses the distributed output feedback tracking control problem for multi-agent systems with higher order nonlinear non-strict-feedback dynamics and directed communication graphs. The existing works usually design a distributed consensus controller using all the states of each agent, which are often immeasurable, especially in nonlinear systems. In this paper, based only on the relative output between itself and its neighbours, a distributed adaptive consensus control law is proposed for each agent using the backstepping technique and approximation technique of Fourier series (FS) to solve the output feedback tracking control problem of multi-agent systems. The FS structure is taken not only for tracking the unknown nonlinear dynamics but also the unknown derivatives of virtual controllers in the controller design procedure, which can therefore prevent virtual controllers from containing uncertain terms. The projection algorithm is applied to ensure that the estimated parameters remain in some known bounded sets. Lyapunov stability analysis shows that the proposed control law can guarantee that the output of each agent synchronises to the leader with bounded residual errors and that all the signals in the closed-loop system are uniformly ultimately bounded. Simulation results have verified the performance and feasibility of the proposed distributed adaptive control strategy.     

自适应事件触发的马尔科夫跳变多智能体系统一致性

针对非线性马尔科夫跳变多智能体系统在有向固定拓扑下的领导跟随一致性问题,为减少智能体间不必要的通信传输,节约网络资源,保证系统性能,提出一种自适应事件触发控制策略.首先,将每一个智能体均视为马尔科夫跳变系统,且马尔科夫链的转移概率部分未知;通过简单的模型转换建立误差系统,将多智能体系统一致性问题转化为误差系统的稳定性问题;在此基础上,构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函并利用Jensen不等式和线性矩阵不等式等技术给出使多智能体系统达到领导跟随一致性的充分条件及控制器设计方法;通过求解线性矩阵不等式可以得到多智能体系统一致性控制器增益矩阵和事件触发参数矩阵;最后,通过数值仿真验证所提出方法的有效性.     

欺骗攻击下具备隐私保护的多智能体系统均值趋同控制

针对通信网络遭受欺骗攻击的离散时间多智能体系统, 研究其均值趋同和隐私保护问题. 首先, 考虑链路信道存在窃听者的情形, 提出一种基于状态分解思想的分布式网络节点值重构方法, 以阻止系统初始信息的泄露. 其次, 针对所构建的欺骗攻击模型, 利用重构后节点状态信息并结合现有的安全接受广播算法, 提出一种适用于无向通信网络的多智能体系统均值趋同控制方法. 理论分析表明, 该方法能够有效保护节点初始状态信息的隐私, 并能消除链路中欺骗攻击的影响, 实现分布式系统中所有节点以初始值均值趋同. 最后, 通过数值仿真实验验证了该方法的有效性.     

基于事件触发非线性多智能体系统的固定时间一致性

本文研究了在有向拓扑下,带有非线性动力学多智能体系统的固定时间一致性问题.提出了一种新的基于事件触发机制的非线性控制策略,对于每个智能体给出了基于状态信息的事件触发条件,当状态误差满足所给条件时才触发事件,能有效的减小系统的能量耗散和控制器的更新频次.利用Lyapunov稳定性理论和代数图论,证明在该控制策略下,多智能体系统在固定时间能实现领导跟随一致性,且不存在Zeno行为.相较于有限时间一致性策略,采用固定时间一致性策略系统的收敛时间不再依赖于系统的初始状态.最后,仿真实例验证了理论结果的有效性.     

基于事件触发的二阶多智能体系统平均一致性

针对二阶多智能体系统在固定无向拓扑下的平均一致性问题,为减少不必要的资源浪费,给出一种基于事件触发控制的一致性算法．首先,针对每个智能体设计基于状态误差形式的触发函数,只有当状态误差达到特定值时智能体才触发事件,在两个相邻事件触发时刻之间保持控制输入不变．然后,利用模型转换思想将系统的一致性问题转化为稳定性问题,并利用矩阵理论和李亚普诺夫理论给出系统达到平均一致的充分条件．最后,通过仿真实验验证该理论方案的有效性.