复杂动态网络环境下多智能体系统事件驱动协调控制研究

The investigation of an event-triggered scheme has attracted much attention of many scholars, and this scheme has been applied into the design of both communication and control protocols of multi-agent systems due to its advantages of mitigating unnecessary communication, energy consumption, and computation. This project investigates the event-triggered schemes of multi-agent systems in a complex dynamic network. In many realistic complex networks, their structure could be dynamic and switching, and the malicious attacks could be hardly avoided. Thus, by analyzing the characteristics of network structure and malicious attacks, several effective event conditions and event-triggered control protocols can be designed for achieving consensus in the complex dynamic network. Meanwhile, a theoretical framework is developed for consensus analysis and the exclusion of Zeno behavior. Then, this project provides a systematic understanding of the relationship between communication cost and system performances, and then several key parameters are determined to adjust system performances. Some meaningful achievements have been obtained in the early stages of this project, and the final goals of the project are to build a unified event-triggered coordinated control framework for the study of collective behaviors in multi-agent systems; to refine the creative research methods in this area; and to enrich our knowledge of event-triggered schemes and distributed coordination.

基于事件驱动的通信机制和控制方法降低了对有限的通信带宽、在线资源和计算能力的消耗，使其在多智能体系统一致性理论研究中获得了极大的关注。本项目以多智能体系统为研究对象，主要围绕复杂动态网络环境下基于事件驱动的通信机制和协调控制策略进行研究。考虑真实网络中普遍存在网络结构动态变化、恶意网络攻击等现象，探讨这些现象对基于事件驱动的信息交互及协调合作的影响，构建合理的驱动条件和事件驱动协调控制算法；并提出有效的系统一致性分析方法及排除芝诺行为的方案；定性和定量地分析通信成本与系统性能之间的关系，寻求两者间合适的平衡；确定影响系统性能的关键参数及其临界值。本项目前期研究已取得重要进展，其最终研究成果有望建立一套较完整的基于事件驱动的多智能体系统一致性理论体系，极大扩展和丰富现有事件驱动机制及其研究方法，深化对分布式协调控制的理解。

本项目以多智能体系统为研究对象，重点挖掘复杂动态网络环境下基于事件驱动的通信机制和协调控制策略，充分考虑真实网络中普遍存在网络结构动态变化、恶意网络攻击等现象对基于事件驱动的信息交互及协调合作的影响，构建合理的驱动条件和事件驱动协调控制算法；并提出有效的系统一致性分析方法及排除芝诺行为的方案。具体的研究内容包括：1）基于状态反馈的完全分布式事件驱动协同控制；2）基于输出反馈的完全分布式事件驱动协同控制；3）拒绝服务攻击下事件驱动弹性协同控制；4）面向重放攻击的分布式事件驱动控制。完成了项目在论文、专利、人才培养等方面的预期目标。在项目执行期间，总共发表SCI收录文章9篇，其中8篇发表在Automatica和IEEE Trans.系列汇刊上，包括 Automatica 长文1篇；发表国际会议论文6篇，申请国家发明专利4项；入选德国洪堡学者、江苏省科协青年科技人才托举工程、江苏省双创博士、东南大学至善青年学者等。本项目试图真实的刻画现实网络，丰富了基于事件驱动的多智能体系统一致性理论框架。该项目融合了复杂网络、图论、控制理论和信息安全等多学科交叉技术与知识，极大扩展和丰富现有事件驱动机制及其研究方法，深化对分布式协调控制的理解。不管是从复杂网络同步理论完善的角度，还是从多智能体系统协同控制应用角度来看，本项目都有重要的理论意义和广泛的应用前景。