摘要 针对混合攻击下的一类新型电力系统,本文提出了一种负荷频率安全控制方案,实现在欺骗与拒绝服务(denial of service, DoS)攻击下的闭环稳定与安全运行.首先,基于确认字符(acknowledgement character, ACK)技术提出了一种针对非周期性DoS攻击的“阴阳”检测机制.其次,为保持系统控制性能并节约网络通信资源,提出了一种新颖的带宽感知事件触发机制.再次,建立了一个混合攻击下包含风力发电机组与电池储能系统的多区域电力系统切换模型.利用Lyapunov-Krasovskii泛函(Lyapunov-Krasovskii functional, LKF)理论与线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)技术,给出满足H∞性能的系统指数均方稳定充分条件,并导出了事件触发负荷频率安全控制器的设计准则.最后,通过仿真实验验证了所提DoS攻击检测机制和事件触发安全控制器的有效性与优越性.

关键词 欺骗攻击; 非周期性DoS攻击; 带宽感知事件触发机制; 攻击检测; 负荷频率控制; deception attack; intermittent DoS attack; bandwidth-aware event-triggering mechanism; attack detection; load frequency control

摘要 水下目标编队包围控制旨在通过水下机器人环绕运动,可实现对目标的近距离全方位监测.然而,未知流速场与水下机器人模型不确定等约束,导致水下机器人难以形成可靠、稳定的编队队形.为此,研究了基于流速场预测的水下机器人编队包围问题.首先,根据水下机器人真实轨迹与估计轨迹,设计了分布式流速场参数估计器,以实现流速场实时预测.基于此,结合水下机器人状态与环境信息,提出了动力学模型神经网络估计器,设计了基于导航向量场的目标编队包围算法,以在避障同时对移动目标实现包围控制.最后,给出导航向量场和模型估计器权重更新率的理论推导过程.仿真与实验结果表明,所提流速场预测方法可摆脱对划分栅格的依赖,同时,所提算法能在障碍物与未知流速场环境下完成目标包围任务.

关键词 流速场; 水下机器人; 包围; 导航向量场; flow velocity field; autonomous underwater vehicle; surrounding; guidance vector field

摘要 本文探讨了不确定目标下异质非线性切换多智能体系统的一致性跟踪问题,其中待跟踪的目标具有未知的控制输入且不受界的限定;所采用的随机切换机制不仅考虑了转移概率,还考虑了驻留时间.由于目标的不确定性、非线性、异质性以及随机切换特性,一致性跟踪问题很难直接用现有方法解决.因此,本文为一致性跟踪问题开发了一种新的依模态双层设计框架.基于该框架并通过引入自由矩阵和参数提出了一个新的多重李雅普诺夫函数,给出了异质非线性切换多智能体系统能几乎必然指数型一致性跟踪上不确定目标的条件.最后,通过数值仿真验证了所提控制方案的有效性.

关键词 多智能体系统; 一致性跟踪; 非线性; 随机切换; 不确定性; multi-agent systems; consensus tracking; nonlinear; random switching; uncertain

摘要 考虑存在通信拓扑切换的非线性车辆队列多目标编队控制问题,提出一种分布式多目标模型预测控制(multi-objective model predictive control, Mo-MPC)策略.首先,利用邻居车辆状态信息以及与时间相关的图函数构造队列协同控制目标函数,再使用字典序优化描述分布式Mo-MPC问题.然后,采用平均终端等式约束保证各车预测终端状态的收敛性.进一步结合权值矩阵充分条件和兼容性约束,利用切换系统公共Lyapunov稳定性技术保证车辆队列闭环系统的稳定性.同时,为了抑制前车状态误差波动沿着队列传播,使用一类状态误差最大值约束保证车辆队列的L∞弦稳定性.最后,利用两组典型工况的对比仿真结果验证本文策略较传统编队控制策略在经济性能方面的提升.

关键词 非线性车辆队列; 分布式模型预测控制; 多目标控制; 切换通信拓扑; 稳定性; nonlinear vehicle platoon; distributed model predictive control; multi-objective control; switching topology; stability

摘要 针对无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题,本文提出了一种基于自适应动态时钟的新型事件触发控制策略.智能体根据自身的动态时钟来确定触发时刻,在触发时刻向邻居广播自身的状态信息并自适应重置时钟.每个智能体只获取邻居在触发时刻的状态信息,且仅依赖自身的状态和邻居在触发时刻的状态来更新时钟和控制信号,无需使用邻居的实时状态信息,也无需使用通信拓扑的任何全局信息.所设计的控制策略有效避免了连续通信,并且是完全分布式的.利用代数图论以及Lyapunov稳定性分析方法证明了所提出的控制策略能保证系统是渐近稳定的并且不存在Zeno行为.仿真示例进一步验证了所提出控制策略的有效性.

关键词 完全分布式一致性; 多智能体系统; 事件触发控制; 自适应动态时钟; Zeno行为; fully distributed consensus; multi-agent systems; event-triggered control; adaptive dynamic clock; Zeno behavior;

摘要 为提高移动多智能体系统的覆盖控制效率,通常要求移动智能体在覆盖控制过程中进行多信息甚至全信息交互.在此情形下,覆盖控制成本和能耗将大幅增加.如何在提高移动智能体覆盖效率的同时,尽可能降低控制成本一直是移动智能体覆盖控制领域的重要课题之一.本文研究非完全信息条件下的移动多智能体覆盖控制方法,提出了基于虚拟排斥力的移动多智能体覆盖控制合作博弈算法.首先,将移动多智能体集群分解为若干个子集群,群中每个智能体只能观测到各自周围一定范围内其他智能体的信息,将移动多智能体集群的覆盖控制问题转化为非完全信息条件下移动多智能体子群的合作博弈分布覆盖问题;其次,给出了各移动智能体子群的博弈规则,并提出了一种基于虚拟排斥力的智能体分布覆盖博弈决策策略,用以计算并确定集群中每个智能体在覆盖控制过程中的新候选位置;第三,将移动多智能体系统覆盖控制问题分解为以刚性虚拟结构为参照系的覆盖控制问题,简化了多智能体系统覆盖控制中位移路径的规划设计.仿真算例表明,本文提出的基于虚拟排斥力的覆盖控制合作博弈算法,可以实现不完全信息条件下移动多智能体系统的分布覆盖控制任务,有效节约移动智能体的覆盖控制成本;同时,和已有的覆盖控制算法相比,本文提出的动态合作博弈覆盖算法,覆盖控制过程中智能体移动次数更少,覆盖率更高.

关键词 动态博弈; 网络覆盖; 分布算法; 多智能体系统; 虚拟排斥力; dynamic game; network coverage; distributed algorithms; multi-agent systems; virtual repulsive force;

摘要 针对通信距离受限下无人机集群轨迹规划时效性与安全性问题,本文构建了分布式滚动规划框架,提出了局部优先级解耦的序列凸优化方法 (local-priority-decoupled sequential convex programming,LPD-SCP),将集群轨迹规划问题分解为一系列短时域单机凸优化子问题,在保证求解效率的基础上确保了轨迹的安全性.本文推导了确保飞行安全的可行规划时域长度,设计了通信距离受限的局部优先级解耦机制,根据通信状态动态调整邻域内无人机规避优先级,实现通信距离受限下的机间避撞.更进一步,定制了轨迹时间一致协调策略,通过更新飞行时间下边界约束,实现邻域内无人机飞行时间一致性.理论分析了所提LPD-SCP能够通过多次滚动规划获得满足约束的集群轨迹.数值仿真试验结果表明:LPD-SCP能够在通信距离受限条件下规划出满足飞行动力学、机间避碰与时间一致约束的协同轨迹,且15架无人机短时域集结轨迹生成时间不大于4 s.

关键词 集群轨迹规划; 通信距离受限; 滚动规划架构; 局部优先级解耦; 序列凸优化; trajectory planning of swarms; communication distance limitation; receding planning framework; local priority decoupling; sequential convex programming;

摘要 本文研究了离散不确定非线性时滞系统在网络传输不可靠情况下的状态估计问题.针对网络传输丢包问题,采用伯努利(Bernoulli)随机模型,建立了控制信号和输入信号的不可靠传输模型.本文通过状态扩展的方法处理不确定非线性项,得到了扩展状态系统.基于不可靠的控制和测量信息,设计了状态预测器和估计器,并给出相应的误差系统.通过设计最优估计器增益,本文给出了状态预测误差协方差的迭代公式.为了进一步提高状态估计器的精度,设计了一种新型的参数迭代优化方法.针对状态预测误差协方差,本文得到了其稳定性的判别准则.最后,通过一例数值仿真,验证了所得结论的有效性.

关键词 网络化控制系统; 扩展状态估计; 时滞; 不确定非线性; 丢包; networked control system; extended state estimation; time delay; nonlinear uncertainty; packet dropout;

摘要 本文提出分布式符号簇一致协议,研究合作竞争网络下的多智能体系统链路故障检测问题.首先,应用符号图理论和非负矩阵理论的相关知识分析智能体在符号簇一致性协议下的渐近收敛性和最终收敛状态.其次,通过观察链路发生故障前后智能体收敛状态的变化,给出精确判断故障链路的方法.该方法同时适用于单链路故障和多链路故障的情形.最后,通过数值模拟验证该方法的有效性.

关键词 多智能体系统; 合作竞争网络; 链路故障检测; 一致性; 分布式协议; multi-agent systems; cooperation-competition networks; link failure detection; consensus; distributed protocol;