基于动态事件触发的线性多智能体系统弹性控制及应用
作者单位：南京邮电大学
学位级别：硕士
导师姓名：杨杨
授予年度：2022年
主 题：线性多智能体系统 一致性控制 弹性控制 动态事件触发 电池储能系统
摘 要：多智能体系统常见于军事和民用领域,例如智能电网、多机器人等。多智能体系统完成任务时需要互相传输信息,而传输过程中易遭受恶意攻击的同时还会受到网络传输资源的限制。实际应用中,多机器人系统和微电网系统均可以建模为线性多智能体系统,因此研究线性多智能体系统基于触发机制的弹性控制及应用具有重要的理论意义和工程价值。本课题主要研究执行器和传感器遭受攻击时对同构和异构线性多智能体系统的影响,结合动态触发通信技术,分别研究同构多智能体系统一致性弹性控制和异构系统完全分布式自适应双向一致性弹性控制策略,并将理论结果分别应用于电池储能系统的电压恢复、能级一致性和有功功率一致性问题中。主要研究工作有:1.针对传感器和执行器遭受攻击的线性多智能体系统,提出了基于安全动态事件触发机制的一致性弹性控制策略。设计预定义分布式保护器,构建安全动态触发机制,讨论各保护器的系数确定依据:当受损状态与预测器状态之间的误差在可容忍范围内,则保护系数设置为零;否则,该系数设置为1,并在动态事件触发机制中引入预测状态。与静态触发机制不同,在触发条件中构造动态辅助参数,其自适应律取决于触发时刻相邻状态之间的测量误差和相对误差。提出的触发机制有效缓解恶意攻击对系统触发序列的影响,且进一步减少触发次数。借助Lyapunov函数分析闭环系统稳定性且一致性误差满足L2增益性能。2.针对执行器遭受攻击的异构线性多智能体系统,提出了一种基于动态自触发机制的完全分布式自适应双向一致性弹性控制策略。首先,为每个跟随者设计具有相同维数的自适应动态补偿器来构造虚拟层,结合输出调节方程有解的条件来处理异构线性多智能体系统的双向一致性控制问题。与传统的具有固定反馈增益的动态补偿器不同,自适应动态补偿器引入了自适应增益后形成闭环,其入口参数包含了系统误差。该控制策略只依赖于智能体的动态和邻居智能体的相对状态,并且独立于通信拓扑中的全局信息。然后,设计了一种不需要连续监测的自适应动态自触发机制,与恒定值的触发机制相比,我们的自适应动态自触发机制提高了自我调节能力;与静态自触发机制相比,自适应动态自触发函数引入了一个非负辅助动态变量,该变量与系统误差相关,扩大了触发阈值,这样只有变化较显著的数据才能跨越新定义的阈值,从而减少通信频次。接着,利用Nussbaum函数,估计执行器附加攻击上界,而不是攻击信号本身,并提出了抵抗执行器攻击的自适应弹性控制策略。利用Lyapunov函数分析系统稳定性,得到指数收敛的双向一致误差。3.基于上述理论研究,以异质电池储能系统为研究对象,分别提出基于安全动态事件触发的二次电压弹性控制策略和基于动态自触发机制的二次能级弹性控制策略,解决电压恢复、能级以及有功功率一致性问题。通过一个附加的能级控制输入来直接使得储能设备的能级达到一致,从而使得储能设备的有功功率和能级得到独立控制。首先,针对电池储能系统的电压恢复问题,构建分布式电池动态模型以及安全动态事件触发机制,考虑电池储能系统电压及电压控制输入遭受到数据篡改攻击,设计二次电压弹性控制策略,使得每台电池储能系统的电压跟踪到期望值,从而维持电池储能系统电压的稳定。接着,针对电池储能系统的储能电池,考虑电池储能系统的异质特性,储能系统之间的通信资源有限,以及电池的能级控制输入和有功功率控制输入遭受到数据篡改攻击的情况,设计基于动态自触发机制的能级和有功功率弹性控制策略,解决执行器遭受攻击时的异构电池储能系统能级和有功功率一致性问题。理论上,Lyapunov函数分析了电池储能闭环系统的稳定性并证明不存在Zeno行为。
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