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专利号: 2024109081563
申请人: 无锡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2025-12-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种DoS攻击下多智能体的预定时间滑模编队控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、建立非周期性DoS攻击模型:

对于任意时间跨度,设定k=0,1,2,…,表示每个智能体与相邻智能体相互作用的时间间隔,即通信时间;称为k1th通信宽度,其中和分别表示通信宽度k1 th的开始时间和结束时间;δk表示第k个通信宽度;

表示DoS攻击区域,即每对相邻的智能体无法进行通信的时间;称为k2 th攻击宽度;为通信宽度与攻击宽度之和;当和时,非周期性DoS攻击变为周期性DoS攻击;

定义1:对于非周期性DoS攻击,定义如下公式:式中,θ表示攻击宽度在时间跨度中的最大比例,θ∈[0,1];当θ=0时,非周期性DoS攻击变为连续通信,即不存在DoS攻击;

假设1:对于周期性DoS攻击,满足0<δ<ω<+∞,使得k=0,1,2,…;

在假设1下,得到每个通信宽度的时间跨度不小于δ,通信宽度和攻击宽度的和跨度不大于ω,则攻击宽度的跨度不大于ω-δ;

引理2:如果假设1成立,则θ≤1-δ/ω,对于k=0,1,2,…,得到如下不等式:步骤2、考虑智能体之间的动态相互作用、协调关系以及外部干扰,建立多智能体动态模型,描述智能体的位置变化;具体为:构建干扰条件下多智能体的非线性系统动态方程:其中,xi(t)∈Rn和ui(t)∈Rn分别为智能体i的状态输入和控制输入;di(t)为智能体i的外部干扰项;

定义智能体的误差系统:

ei(t)=xi(t)-Fi(t)

式中,Fi(t)表示智能体i的编队函数;

定义误差系统的误差相对状态信息:

式中,A=[aij]∈RN×N为有权重的邻接矩阵;aij表示邻接矩阵矩阵的系数;ei是智能体i的稳态误差,ej是智能体j的稳态误差;

步骤3、设计预定时间滑模面以及其控制器,以实现多智能体的非线性系统对外部环境以及DoS攻击的适应性;

为了在预定时间内稳定误差系统,构建预定时间滑模面方程:其中,C4>0,且α∈(0,1);

将误差系统的控制器输入设计为:

ui(t)=Fd(t)-(Di+Mi)signSi(t)+-(C1ξi(t)+C2sign(ξi(t))|ξi(t)|1-α+C3sign(ξi(t))|ξi(t)|1+α+C4sign(ξi(t)))-(C5Si(t)+C6sign(Si(t))|Si(t)|1-α+C7sign(Si(t))|Si(t)|1+α+C8sign(Si(t)))其中,Fd表示预设的编队函数;C1-C4均为预定时间滑模面相关参数,C5-C8均为控制器相关参数;C8>0,i=1,2…N;N表示智能体的数量;且误差系统将在预定时间Tc2内到达预定时间滑模面;

步骤4、设置预定时间终端滑模控制的Lyapunov充分条件;

定义2:设定常数Tc>0,对于预定时间稳定系统存在无界Lyapunov函数V2(x),则满足下式:则在预定时间Tc内是稳定的;Tc>0,且α∈(0,1),得到T(x0)≤T和T=supT(x0);满足预定时间同步的概念,因此无界Lyapunov函数V2(x)表达式为一个预定时间Lyapunov充分条件;

对经典终端滑模控制改进,得到预定时间终端滑模控制;终端滑模由如下一阶动态方程描述:式中,x∈R1;α>0;β>0是常数;q和p均为奇数,且q

误差系统在滑动模态上从任意初始状态x(0)≠0收敛到平衡状态x=0的时间为ts,ts由下式确定:假设误差系统的原点是定时稳定的,沉降时间tc对所有e(0)满足T(e(0))≤tc,其中,e(0)表示t=0时的稳态误差,常数tc>0与误差系统的参数有关,称为固定时间;

引理1:对于T>0,如果存在一个无界Lyapunov函数V1(x)对于预定时间稳定系统则满足下式:式中,为预定时间稳定系统;T为预定时间,且α∈(0,1);

步骤5、通过无界Lyapunov函数V2(x)进行无DoS攻击时系统稳定性证明;

步骤6、设定DoS攻击下的预定时间稳定系统的稳定性证明控制器,通过调整误差系统的初始参数,使得非线性系统完成非周期DoS攻击下期望的时变编队控制;

考虑非线性系统动态方程、误差系统、预定时间滑模面以及控制器的表达式,得到当时,

对上式两边进行积分:

得到:

当时,

对上式两边进行积分:

其中,时,

因为V(e(t))单调增,得到

当时,

最终得到:

当时,

其中,时,

当时,采用归纳法得到当时,

最终得到通过调整误差系统的初始参数,使得非线性系统完成非周期DoS攻击下期望的时变编队控制;初始参数为X(0)和F(0),X(0)和F(0)分别表示智能体初始位置和初始编队函数。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤5中存在如下约束:假设2:假设内部不确定非线性项的边界为:|f(x,t)|≤Mi,i=1,2,……,N假设3:假设外部干扰项的边界为:

|di|≤Di,i=1,2,……,N

假设4:假设编队函数Fi为正系统,边界为:假设5:设置参数Di、ρi以及Mi满足以下条件:ρi≥Di+Mi,i=1,2,……,V式中,Di表示智能体i的外部干扰项绝对值的上界,vi表示智能体i的编队函数的下界。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤5之后包括:构造Lyapunov能量函数V(t):对Lyapunov能量函数V(t)沿时间t方向求导得到:代入预定时间滑模面方程、误差系统的控制器、非线性系统动态方程得到:满足定义2;因此,误差系统将在预定时间Tc2内到达预定时间滑模面。