具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，所述方法包括：根据二阶非线性多智能体之间的合作

【技术实现步骤摘要】
具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法


[0001]本专利技术属于多智能体控制
，具体涉及一种具有复合通信噪声和合作
‑
对抗信息的非线性二阶多智能体系统一致性控制方法
。

技术介绍

[0002]多智能体系统是受生物中群体行为的启发建立的，目前主要应用于无人机编队
、
无人车分布和空地异构作战跟踪等领域，未来其在军事
、
航天
、
智能交通运输和智能机器人系统等领域中将显现巨大的应用发展潜力
。
多智能体系统一致性问题发生在多智能体间的进行协调控制过程中，智能体与相邻智能体间为了完成某种既定任务或者达到共同的目标需要相互传递信息，从而就某种性质达成共识，一致性协议就是指智能体与相邻智能体或领导者之间相互传递信息的规则
。
在处理一致性问题的过程中，如何设计出优质的一致性协议是决定系统能否达到一致以及收敛的速度的快慢的至关重要的因素
。
[0003]目前关于多智能体系统一致性的研究大多集中在各智能体之间合作的确定性系统且日趋成熟
。
然而，当前大数据背景下的多智能体系统往往处在各种复杂的环境中
,
多智能体之间的局部相互通信会遭受各种各样的不确定性因素的影响，例如时滞
、
噪声
、
通信拓扑切换等问题上，比如公开号为
CN111781822A
的专利技术专利公开一种多智能体系统的隐私保护分组一致性控制方法，其针对异质多智能体系统，采用拉普拉斯分布的噪声对智能体发送的位置信息进行优化处理并分组，设置一致性控制协议时考虑了在实际通信网络中的通信时延
、
系统内的控制器和传感器造成的输入时延，以增强的抗干扰性
。
但是除了分组合作，实际的多智能体系统还有对抗等多种工作形式，合作和对抗信息同时存在使得系统通信结构变得复杂，并与协同控制目标和通信不确定性因素相耦合，使得传统的协同控制研究方法不再适用；且可能同时存在两种通信噪声的干扰，若仅考虑单一拉普拉斯分布的噪声还是无法有效提升系统的抗干扰性，导致一致性控制的实际意义不大
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法及系统，用于解决具有合作
‑
对抗信息交互的多智能体系统抗干扰性不佳的问题
。
[0005]本专利技术第一方面，公开一种具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，所述方法包括：
[0006]根据二阶非线性多智能体之间交互的合作
‑
对抗信息确定二阶非线性多智能体系统的拓扑结构；
[0007]建立二阶非线性多智能体系统的动力学模型；
[0008]在同时考虑加性噪声和乘性噪声的复合噪声干扰下，利用相对位置和速度量测信息结合符号函数引入随机时变控制增益函数设计一致性控制协议；
[0009]控制协议带入动力学模型，设计误差项，将多智能体系统的一致性问题转化为复合噪声下的随机微分方程的稳定性问题，进行稳定性分析，使所有智能体在均方二分一致
意义下位置误差和速度误差收敛
。
[0010]在以上技术方案的基础上，优选的，所述根据二阶非线性多智能体系统的对抗信息确定二阶非线性多智能体系统的拓扑结构具体包括：
[0011]设二阶非线性多智能体系统含有
N
个智能体，用
G
＝
{V,E,A}
表示该智能体系统的有向符号拓扑图，
V
＝
{v1,...,v
N
}
表示节点集，是图的边集，
A
＝
[a
ij
]∈R
N
×
N
表示图
G
的邻接矩阵；
[0012]a
ij
＝1表示第
j
个智能体能接收到第
i
个智能体合作信息，
a
ij
＝
‑1表示第
j
个智能体能接收到第
i
个智能体对抗信息，
a
ij
＝0表示第
j
个智能体不能接收到第
i
个智能体信息；
[0013]基于对抗信息，节点
V
被分为两个节点集合
V1和
V2，且
V1∪V2＝
V
，若
a
ij
≥0
，有或者若
a
ij
≤0
，有或者
v
i
∈V1,
[0014]在以上技术方案的基础上，优选的，所述建立二阶非线性多智能体的动力学模型具体包括：
[0015]设二阶非线性多智能体系统含有
N
个智能体，其动力学模型表示为：
[0016][0017]其中，
i
＝
1,...,N
，
p
i
(k)
表示第
i
个智能体
k
时刻的位置
、q
i
(k)
表示第
i
个智能体
k
时刻的速度，
u
i
(k)
表示第
i
个智能体
k
时刻的控制协议，
f(p
i
(k),q
i
(k),k)
是一个非线性函数
。
[0018]在以上技术方案的基础上，优选的，所述设计在加性噪声和乘性噪声的复合噪声干扰下的具有对抗信息的一致性控制协议的表达式为：
[0019][0020]其中，
h
pji
(
·
)
和
h
qji
(
·
)
分别表示位置和速度的乘性噪声强度函数，
σ
pji
和
σ
qji
分别表示位置及速度的加性噪声强度系数；
[0021]ω
1pji
(t)、
ω
2pji
(t)
均为位置的高斯独立白噪声，
ω
1qji
(t)、
ω
2qji
(t)
均为速度的高斯独立白噪声，满足：
[0022]E
ω
zgji
(s)
＝
0,E|
ω
zgji
(s)|2＝
1,E|
ω
zgji
(s)
ω
zgji
(t)|
＝0[0023]其中，
g
＝...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据二阶非线性多智能体之间的合作
‑
对抗信息确定二阶非线性多智能体系统的拓扑结构；建立二阶非线性多智能体系统的动力学模型；在同时考虑加性噪声和乘性噪声的复合噪声干扰下，根据相对位置和速度量测信息结合符号函数并引入随机时变控制增益函数设计一致性控制协议；将控制协议带入动力学模型，设计误差项，将多智能体系统的一致性问题转化为复合噪声下的随机微分方程的稳定性问题，进行稳定性分析，使所有智能体在均方二分一致意义下位置误差和速度误差收敛
。2.
根据权利要求1所述的具有噪声和合作
‑
对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，其特征在于，所述根据二阶非线性多智能体系统的合作
‑
对抗信息确定二阶非线性多智能体系统的拓扑结构具体包括：设二阶非线性多智能体系统含有
N
个智能体，用
G
＝
{V,E,A}
表示该智能体系统的有向符号拓扑图，
V
＝
{v1,...,v
N
}
表示节点集，是图的边集，
A
＝
[a
ij
]∈R
N
×
N
表示图
G
的邻接矩阵；
a
ij
＝1表示第
j
个智能体能接收到第
i
个智能体合作信息，
a
ij
＝
‑1表示第
j
个智能体能接收到第
i
个智能体对抗信息，
a
ij
＝0表示第
j
个智能体不能接收到第
i
个智能体信息；基于对抗信息，节点
V
被分为两个节点集合
V1和
V2，且若
a
ij
≥0
，有或者若
a
ij
≤0
，有或者
3.
根据权利要求1所述的具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，其特征在于，所述建立二阶非线性多智能体的动力学模型具体包括：设二阶非线性多智能体系统含有
N
个智能体，其动力学模型表示为：其中，
i
＝
1,...,N
，
p
i
(k)∈R
n
表示第
i
个智能体
k
时刻的位置
、q
i
(k)∈R
n
表示第
i
个智能体
k
时刻的速度，
u
i
(k)
表示第
i
个智能体
k
时刻的控制协议，
f(p
i
(k),q
i
(k),k)
是一个非线性函数
。4.
根据权利要求3所述的具有噪声和对抗信息的二阶多智能体系统一致性控制方法，其特征在于，所述设计在加性噪声和乘性噪声的复合噪声干扰下的具有对抗信息的一致性控制协议的表达式为：其中，
h
pji
(
·
)
和
h
qji
(
·
)
分别表示位置和速度的乘性噪声强度函数，
σ
pji
和
σ
qji
分别表
示位置及速度的加性噪声强度系数，
i,j
＝
1,...,N
；
ω
1pji
、
ω
2pji
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张园园，张润晗，李仁府，张克伟，杨晨辉，胡麟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：