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基于MAS多一致性的无人艇系统通信拓扑重构研究
| 论文题名： | 基于MAS多一致性的无人艇系统通信拓扑重构研究 |
| 关键词： | 无人艇;多智能体系统;多一致性;网络攻击;拓扑重构 |
| 摘要： | 多智能体系统(MAS)的提出来源于自然环境中的生物群体行为，而海上无人艇(USV)系统则是MAS在海洋应用中的集中体现,USV系统可以将个体USV智能化程度高、感知能力强等优点进行放大，并可以通过通信网络实现多个USV之间的信息交互。在实际应用中，USV系统需要能够适应不同的作业环境和作业形式，例如在广阔水域中的不同位置去执行任务或者由一个系统去执行不同类型的任务。通过多一致性控制，对执行的任务进行分解，将系统中的USV个体划分为不同的分组，在分组中实现一致性，进而通过分组作业完成系统所承担的任务，这对于提高USV系统的作业效率以及拓展性具有重要的意义。此外，USV系统的通信拓扑结构容易受到外界环境以及恶意网络攻击的影响，破坏原始多一致性状态，为了恢复原始的多一致性状态，讨论了考虑在攻击效果发生下的多一致恢复性控制器的设计问题。本文主要包含了以下几方面的研究内容： 第一，本文研究了多一致性状态与系统中通信拓扑结构的关系。首先，从自动控制理论的角度对于MAS产生多一致性状态的原因进行分析，结合图论知识和基于拓扑结构的分组理论，将系统最终的多一致性状态与系统的通信拓扑结构联系起来。之后利用蒙特卡洛方法，随机生成大量不同的通信拓扑结构，得出不同条件下的系统多一致性状态数据，利用得出的数据分析多一致性分组状态与系统通信拓扑结构的关系，为诸如海上USV系统在内的MAS多一致性控制的通信拓扑结构设计提供参考方案。 第二，本文研究了多一致恢复性拓扑重构控制器的设计问题。海上USV系统在执行任务时，会受到外界针对于其通信拓扑结构的网络攻击，且复杂自然环境也会对系统中的通信产生负面影响，其影响的结果与攻击造成的效果类似，在攻击发生之后，系统中原始的多一致性状态会被破坏，为了恢复原始的多一致性状态，设计了恢复性拓扑重构控制器。在不可恢复的网络攻击发生后，通过拓扑重构控制器和被攻击之后通信结构的共同作用下，原始的多一致性状态可以得到恢复，且在控制器设计过程中引入了最优化处理，能够保证控制器具有最简化的结构，此外，可以通过设置优化问题中的某些参数的方法去保证在控制器的作用下，拓扑重构后的通信拓扑网络依旧保持弱联通性。 综上所述，本文结合图论法、蒙特卡洛方法、最优化方法等技术，对多一致性与通信拓扑结构的关系进行了探究，并提出了针对于海上USV系统的恢复性拓扑重构控制器设计方法，对于海上USV系统的应用提供了参考方案。 |
| 作者： | 张璞 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 李铁山;单麒赫 |
| 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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