复杂动态网络的容错多吸引性分析与设计

Based on complex dynamical networks, this project will study fault-tolerant multi-attractivity problems for complex dynamical networks with hybrid network faults and hybrid network attacks，according to the problems existing in the network on disturbances, faults and attacks,etc. The propagation and evolution mechanism of the hybrid network faults and hybrid network attacks in hybrid networks will be studied and the corresponding complex dynamical network models will be constructed in this project.Based on the constructed models, we will analyze the influence of network faults and network attacks on complex dynamical networks and study internal relationship between complex network multi-attractivity behaviors with initial values and dynamical behavior of network nodes, network parameters and network structures, hybrid network faults and hybrid network attacks;finally, network parameters and network structures will be designed to improve the robustness of complex dynamical networks;according to different characteristics of hybrid network faults and network attacks, the corresponding control strategies such as feedback control, impulsive, switching or hybrid control,etc, will be designed to inhibit destructive effects of network faults and network attacks on complex dynamical networks. Fault-tolerant multi-attractivity analysis and control of complex dynamical networks are frontier problems in current research of complex networks.This project will develop control theories on complex networks and has certain theoritical instructional value on construction of real networks.

针对网络中普遍存在的干扰、故障和攻击等问题，该项目将基于复杂动态网络，研究存在混杂性网络故障和混杂性网络攻击时的复杂动态网络的容错多吸引性问题。本项目研究混杂性网络故障和混杂性网络攻击在混杂性网络中的传播和演化机制，并构建相应的复杂动态网络模型；基于所建立的模型，分析网络故障和网络攻击对复杂动态网络多吸引性行为的影响，研究复杂网络多吸引性行为与网络节点初始值和和动力学行为，网络参数和网络结构，混杂性网络故障和混杂性网络攻击之间的内在联系；最后，设计网络参数和网络结构来提高复杂动态网络的鲁棒性；根据混杂性网络故障和攻击的不同特点，设计相应的反馈控制，脉冲、切换、混杂控制等控制策略，来抑制网络故障和网络攻击对网络的破坏作用。复杂动态网络的容错多吸引性分析与控制是复杂网络研究的前沿问题，该项目的研究拓展了复杂网络的控制理论，对现实网络的建设具有一定的理论指导价值。

本项目以电网为背景，结合现实网络中存在的问题，系统的研究了复杂动态网络的容错多吸引性问题。首先，研究了复杂动态网络的多一致性及其控制问题，包括智能体网络的多一致性及其跟踪控制、脉冲包含控制、分数阶一致性；多无人机网络的三维包含控制；多机械手网络的有限时间控制；异构智能体多协调部分脉冲控制；多目标跟踪控制及其协同行为、多分层网络的混杂协同控制等。设计了相应的控制协议，分析了网络的多吸引性与网络拓扑结构，网络分层分块及网络环境等的关系。其次，基于非线性复杂网络、捕食-食饵网络、时滞基因调控网络、滞后神经网络、非线性自治网络，研究了复杂动态网络的多混沌、多分岔等问题。分析了网络多混沌、多分岔现象的产生和消失，失稳的出现和控制等多吸引性动力学行为，取得了多吸引性行为与网络初始值的扰动、网络拓扑结构、网络系统参数等的关系。然后，研究了复杂动态网络的多吸引性容错控制问题，包括网络的容错一致性，电网的级联故障，驱动器故障，电网多线路中断检测等问题。构建了观测器检测模型，概率级联故障模型，驱动器故障模型，电网中断检测模型等。基于模型，设计了基于自适应观测器的一致性协议，取得了网络容错一致性的条件；取得了电网初始故障规模与最终故障规模的关系；设计了容错自适应控制律，取得了输出-干扰性能指标的上界；提高了电网多线路中断能容忍能力。最后，研究了多吸引性最优跟踪性能的优化设计，包括基于带宽限制，通道输入能量限制的最优跟踪性能的优化设计；多输入多输出的最优跟踪性能等问题。设计了新的跟踪性能指标，得到了关于输入信号，通信参数，修改因子，带宽和信道噪声的最优跟踪性能的关系；取得最优修改跟踪性能和最优通信滤波之间的关系；取得了数据包丢失约束和修改跟踪性能之间的关系。本项目的研究促进和拓展了复杂网络多吸引性行为的理论和方法，对构建安全高效的电网、生物网、通讯网等具有重要的指导作用和实际意义。