【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动化技术与现代控制领域，涉及一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法。
技术介绍
1、随着网络、通信、计算与控制技术的快速发展，融合了分布式计算和控制处理的水下无人系统呈现出更加立体化、弹性化和智能化结构特点。通过信息空间与物理系统的深度融合，水下无人系统为海洋资源开发、环境保护、经济发展和权益维护提供了有效解决方案。水下无人系统的最大特点是可以使大规模水下复杂控制系统协同工作。同时，这些信息空间与物理系统的深度融合也往往会给“攻击者”提供便利，进而会为系统带来巨大的不确定性，主要表现在：在开放的通信环境下，各种水声通信网络泛在融入物理智能体使得网络攻击更容易注入系统通信环节中，从而破坏信息的完整性、可用性和私密性，导致水下无人系统的控制终端决策错误或功能失效，进而造成水下无人系统物理故障甚至运行中断，后果极其严重。综上分析，网络攻击下水下无人系统安全态势日趋严峻，解决该问题已迫在眉睫。
2、水下无人系统是利用先进的3c技术(计算机技术、通信技术以及控制技术)，对系统中各个智能体进行实时控制，具有造价低廉以及高可靠性等优点，有助于解决我国实际海洋强国建设中许多难题。在水下无人系统中，考虑其多个智能体协同工作(见说明书附图1)。总所周知，实际中许多智能单元由于掺杂着大量非线性拓扑，使得水下无人系统难以精确建模。水下无人系统中各个智能体之间只能通过水声通信网络进行信息交互，实现多智能体系统信息融合。考虑到水下无人系统由大规模难以精确建模的智能体高度耦合组成，上述水下无人系统可以用模糊多智能体系统来刻
3、针对上述问题，本专利技术利用现代控制理论技术建立网络攻击下水下无人系统的状态空间模型，基于实用控制协议，为水下无人系统设计了所需控制器增益矩阵，并分析其稳定性，使水下无人系统安全稳定运行。综上，设计一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法具有重要的科研意义和实际应用意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对生活生产中水下无人系统协同运行的安全问题，利用水下无人系统对其协同运行过程中由网络攻击引发的不确定性进行研究，提供了一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，具体步骤包括如下：
2、步骤1、建立网络攻击下水下无人系统的模糊智能体建模状态空间模型，具体方法是：
3、1.1网络攻击下水下无人系统描述
4、由于系统的复杂性和通信协议的开放性，水下无人系统很容易受到恶意网络攻击的威胁，从而水下无人系统会面临严重的安全威胁。考虑到水下无人系统由大量模糊智能体组成的特点，因此可以利用模糊多智能体系统来描述水下无人系统。此外，本专利技术在实用控制协议的基础上，不仅融入矩阵分解技术，还制定了线性规划统一标架，既确保了水下无人系统的安全稳定运行又避免了网络攻击的影响。说明书附图2展示了基于模糊多智能体系统的实用控制框架。
5、1.2利用上述描述建立网络攻击下水下无人系统的模糊多智能体系统状态空间模型，其构建形式如下：
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8、其中，i＝1,2,...,n表示水下无人系统中智能体的个数；和分别是k时刻水下无人系统中第i个智能体的状态、控制输入和测量输出；k时刻水下无人系统中第i个模糊智能体遭受网络攻击情况下的控制输入表示为表示模糊集；β(k)是服从伯努利分布的随机变量，取值为0或1；g＝diag(g1,g2,...,gm)是对角矩阵；ar,br,cr是已知的系统矩阵，分别表示n维、m维、q维列向量。
9、步骤2、构建网络攻击下水下无人系统的实用控制协议，其构建形式如下：
10、
11、其中，kps,kis1,kis2,kds,hs,ts,f是待求的增益矩阵，δyi(k)＝yi(k)-yi(k-1),0＜α≤1,向量向量是已知的。
12、步骤3、构建网络攻击下水下无人系统中的两个变量以保证每个模糊智能体运行到指定位置，其构建形式如下：
13、
14、
15、其中，ρ是im-d的左特征向量，ρmin是ρ的最小元素。
16、步骤4、构建网络攻击下水下无人系统的增广系统，其构建形式如下：
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18、其中，表示克罗内克积，
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20、
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24、步骤5、引入网络攻击下水下无人系统的有界一致性性能指标，其形式如下：
25、考虑受到网络攻击的水下无人系统，如果存在使得条件
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27、成立，则水下无人系统达成有界一致。
28、步骤6、基于矩阵分解技术与线性规划方法设计网络攻击下水下无人系统达成有界一致的条件如下：
29、设计常数0＜α≤1,l1＞l2＞0,向量和向量使得
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50、对任意l＝1，2，…，p，r＝1，2，…，n，s＝1，2，…，n，g＝1，2，…，n，z＝1，2，…，n成立，那么在实用控制器增益矩阵
51、
52、
53、下，水下无人系统成功编队在网络攻击下达到有界一致性。
54、步骤7、网络攻击下无人系统达到有界一致性验证过程如下：
55、7.1构造一个共正lyapunov函数并计算其差分。则有
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57、其中，
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60、7.2当β(k)＝0时，利用克罗内克积算法可以得出
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65、7.3通过和实用控制器增益矩阵，可得...
【技术保护点】
1.一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤1中建立网络攻击下水下无人系统的模糊智能体建模状态空间模型，其构建形式如下：
3.根据权利要求2所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤2中构建网络攻击下水下无人系统的实用控制协议，其构建形式如下：
4.根据权利要求3所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤3中构建网络攻击下水下无人系统中的两个变量以保证每个模糊智能体运行到指定位置，其构建形式如下：
5.根据权利要求4所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤4中构建网络攻击下水下无人系统的增广系统，其构建形式如下：
6.根据权利要求5所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤5中引入网络攻击下水下无人系统的有界一致性性能指标，其形式如下：
7.根据权利要求6所述的一种水下无人系
8.根据权利要求7所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤7中网络攻击下无人系统达到有界一致性验证过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤1中建立网络攻击下水下无人系统的模糊智能体建模状态空间模型，其构建形式如下：
3.根据权利要求2所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤2中构建网络攻击下水下无人系统的实用控制协议，其构建形式如下：
4.根据权利要求3所述的一种水下无人系统的模糊智能体建模及实用控制方法，其特征在于：步骤3中构建网络攻击下水下无人系统中的两个变量以保证每个模糊智能体运行到指定位置，其构建形式如下：
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