多智能体系统分布式事件触发预测控制方法研究

Consensus of networked multi-agent system has a strong engineering application background, but in practice the network communication resources among agents are limited, and inevitably affected by the network induced delays, even affected by DoS (Denial of Service) attacks. This project takes the networked multi-agent systems with communication delays as the research object, and investigates the consensus problem under the distributed adaptive event-triggered predictive control method. First, the establishment of the sampled-data comparison based distributed adaptive event-triggered communication scheme is investigated, which can reduce the communication traffic between agents and decrease the frequency of the control updates. The triggering threshold parameters change adaptively, which can overcome the drawback of the traditional event-triggered schemes on selecting special values of parameters. Second, for network secure and DoS attack two scenarios and for the state measurable and output measurable two cases, the consensus control design methods under the distributed adaptive event-triggered predictive control method are investigated respectively, which can compensate for the negative effects caused by networked communication delays and the DoS attacks on the system performance actively. Finally, the methods of modeling，analysis of the closed-loop systems, and the co-design method of the event-triggering parameter matrix and the controller gain matrix, are investigated. The study of this project will help to propose a better theoretical basis and technical guidance for the actual engineering applications of the consensus of networked multi-agent systems.

网络化多智能体系统的一致性具有很强的工程应用背景，而实际中智能体之间的网络通信资源是受限的，并且不可避免地受到网络诱导时滞甚至DoS（拒绝服务）攻击的影响。本项目以带有通信时滞的网络化多智能体系统为研究对象，研究基于分布式自适应事件触发预测控制方法的一致性问题。首先，拟研究基于采样数据比较的分布式自适应事件触发通信机制，以降低智能体之间的通信量并减少控制器的更新频次。触发阈值参数自适应变化，克服传统事件触发机制中选取特定阈值参数的缺陷。其次，分网络安全与DoS攻击两种情形以及状态可测与输出可测两种情况，分别研究基于分布式自适应事件触发预测控制方法的一致性控制设计方法，主动补偿网络通信时滞以及DoS攻击对系统性能的负面影响。最后，研究闭环系统的建模、分析方法以及触发参数矩阵和控制增益矩阵的联合设计方法。本项目的研究将有助于为网络化多智能体系统一致性的实际工程应用提供更好的理论依据与技术指导。

鉴于网络化多智能体系统日益广泛的工程应用背景，对网络化多智能体系统一致性的研究变得越来越重要。在项目开展的三年时间里，项目申请人与项目组成员紧跟项目研究主题，认真贯彻执行研究路线，对项目申请时设立的主要研究内容展开了深入细致的研究。1. 在MASs方面：针对一类带有通信时滞的离散同构网络化多智能体系统，单边网络存在并且安全的情况下，研究了基于模型预测的分布式事件触发通信机制，不仅能降低智能体之间的通信量，还能有效补偿通信时滞对多智能体系统一致性带来的负面影响。针对一类带有DoS攻击与网络时滞并存的离散混杂网络化多智能体系统，双边网络存在的情况，研究了基于云计算的分布式事件触发预测控制。2. 在NCSs方面：在假设网络控制系统中传感器，控制器及执行器安全可靠的前提下，针对一类非线性网络控制系统的镇定问题，提出了一种基于非周期采样数据的事件触发机制。针对一类资源受限网络化连续线性控制系统，假设网络（从传感器到控制器，从控制器到执行器）存在恶意的周期性干扰攻击，提出了一种新的攻击-弹性事件触发机制，该机制保留了周期事件触发机制的优点。3. Cucker-Smale模型方面：研究了动理学Cucker-Smale模型的解的适定性、长时间行为。在研究本项目的过程中，我们得到关于Cucker-Smale模型的一个新的结论。在这一类无法建立flocking 的模型中建立了新的渐近行为。本文主要研究了离散的Cucker-Smale模型中的智能体的碰撞问题。通过建立一个类似于能量守恒的全新的恒等式，我们在智能体之间的交流范围很窄的情形下，证明了智能体之间是永远不会碰撞的，而且得到了一类新的渐近行为。.本项目的研究不仅有助于建立事件触发机制下网络化多智能体系统一致性的理论框架，而且对网络化多智能体系统一致性的实际工程应用提供更好的理论支撑。通过本青年项目的实施，共发表9篇期刊SCI论文；正在培养2名硕士研究生，辅助培养2名硕士研究生；培养6名本科生科研训练。