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欺骗攻击下多智能体系统协同理论及水下航行器应用
| 论文题名： | 欺骗攻击下多智能体系统协同理论及水下航行器应用 |
| 关键词： | 水下航行器;多智能体系统;避障控制;欺骗攻击;宽度学习系统 |
| 摘要： | 多智能体系统协同控制理论具有广泛的应用前景，在各个领域的编队协同控制任务中占据着重要的地位，其不仅能够提高完成任务的效率，更能节约大量的时间、经济成本，成为控制领域的研究热点之一。实际应用中，多智能体系统编队的运行环境往往是复杂多变的，因此，环境中的障碍物和外部扰动等问题是不可忽视的。此外，除了与障碍物发生碰撞这种物理层面的安全性问题，智能体间通信层面的安全问题也对编队造成极大的威胁。国内外学者在多智能体系统编队避免碰撞的问题上做了充分的研究，在多智能体系统的通信安全方面研究注意力主要集中在状态一致性的保持上，但是成果中少有在编队控制中将物理层面和通信层面的安全性问题综合考虑的研究。值得一提的是，智能体的状态信息（位置、速度等）大都在编队控制算法的框架下进行理想交互，但实际应用中，对于给定速度的跟踪性能必然对编队控制造成极大影响。如航海应用时，无人水下航行器对于期望速度的跟踪性能会影响编队形成和避障的效果。因此，本文针对欺骗攻击下多智能体编队及避障控制问题进行研究，首先对避障和欺骗攻击的抵抗机制进行设计，然后针对提出的算法在航海实际应用中要考虑的航速跟踪问题，对无人水下航行器的期望纵向运动航速进行跟踪控制。本文主要工作如下： （1）从理论角度：首先针对欺骗攻击下非线性多智能体编队及避障问题，在领导跟随法的控制框架下，利用神经网络技术对非线性项进行估计，采用人工势场法对避障势场进行设计，之后利用编队算法的性质设计了欺骗攻击抵抗机制，提出了欺骗攻击下编队及避障控制策略，综合考虑了多智能体编队物理层面和通信层面的安全性问题。 （2）从应用角度：考虑航速跟踪性能对所提出的编队控制算法的控制效果存在影响以及要保证航速始终保持在设定的航速范围内的问题，针对无人水下航行器集群设计一种航速跟踪性能良好的控制器。利用解耦思想跟踪航行器的纵向航速。将宽度学习系统、神经网络技术和PID控制结合，实现对PID参数的在线自适应调整，从而实现对期望航速的跟踪控制目标。 本文利用稳定性分析和仿真实验验证了所设计的控制策略的有效性。研究成果从理论角度出发，有助于解决协同控制系统中的多种安全性问题；从应用角度出发，对于编队任务的安全性和编队控制性能有着良好的提升。 |
| 作者： | 杨瑞祥 |
| 专业： | 航海科学与技术 |
| 导师： | 李铁山 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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