分布式安全协同控制与优化:一致性理论框架

本书为作者多年来在多智能体系统分布式协同控制领域的研究成果，系统阐述了一致性理论框架下的分布式安全协同控制与优化理论和技术。《分布式安全协同控制与优化：一致性理论框架》共9章，以分布式一致性理论作为贯穿《分布式安全协同控制与优化：一致性理论框架》的核心脉络，在给出多智能体系统一致性理论、分布式编队控制、分布式优化博弈问题的研究背景（第一章）以及基础数学知识（第二章）的基础上，详细阐述了全局通信图信息未知的分布式一致性行为涌现分析（第三章），存在恶意结点的分布式安全一致性控制（第四章），存在拒绝服务攻击的分布式安全一致性控制（第五章），基于一致性的安全编队控制方法（第六章），以及基于一致性理论的分布式优化与非合作博弈（第七章至第九章）。

序言 
第一章 绪论 1 
1.1 多智能体系统一致性问题概述 1 
1.1.1 多智能体系统一致性问题概念 2 
1.1.2 多智能体系统一致性控制问题研究现状 5 
1.2 基于一致性理论的分布式编队控制 8 
1.2.1 分布式编队：一致性控制框架 9 
1.2.2 基于一致性的分布式编队控制研究现状 10 
1.3 基于一致性理论的分布式优化与博弈 12 
1.3.1 分布式优化与博弈模型 13 
1.3.2 基于一致性的分布式优化与博弈研究现状 14 
1.4 本书内容安排 16 
第二章 基础知识理论 19 
2.1 矩阵工具描述 19 
2.1.1 常用记号与概念 19 
2.1.2 基本引理 21 
2.2 代数图论 21 
2.2.1 基本概念 22 
2.2.2 图的邻接矩阵与Laplace矩阵 23 
2.3 系统稳定性理论 25 
2.3.1 非线性系统稳定理论 25 
2.3.2 线性定常系统稳定理论 25 
2.4 凸优化理论 26 
2.4.1 基本概念 26 
2.4.2 基本引理 29 
2.5 本章小结 30 
第三章 多智能体系统接近分布式一致性 31 
3.1 问题描述 32 
3.2 线性多智能体系统接近分布式一致性 33
3.2.1 基于乘性增益的接近分布式一致性 33 
3.2.2 基于加性增益的接近分布式一致性 38 
3.3 非线性多智能体系统接近分布式一致性 42 
3.4 本章小结 47 
第四章 多智能体系统弹性一致性控制 48 
4.1 问题描述 48 
4.2 基于图鲁棒性的多智能体系统弹性一致性 49 
4.2.1 时变通信图的联合鲁棒性 50 
4.2.2 一阶多智能体系统弹性一致控制 53 
4.2.3 二阶多智能体系统弹性一致控制 60 
4.3 基于攻击隔离的多智能体系统弹性一致性 63 
4.3.1 基于攻击隔离的弹性一致算法 64 
4.3.2 图的可隔离性 67 
4.3.3 算法性能分析 68 
4.3.4 仿真分析 70 
4.4 本章小结 74 
第五章 DoS攻击下的多智能体系统一致性安全控制 75 
5.1 线性多智能体系统在DoS攻击下的分布式一致性安全控制 75 
5.1.1 问题描述 75 
5.1.2 分布式一致性算法实现 79 
5.1.3 仿真分析 81 
5.2 非线性多智能体系统在DoS攻击下的分布式一致性安全控制 84 
5.2.1 问题描述 84 
5.2.2 基于观测器的分布式一致性算法实现 89 
5.2.3 仿真分析 93 
5.3 DoS攻击下基于事件驱动策略的分布式一致性安全控制 97 
5.3.1 问题描述 97 
5.3.2 事件触发机制与一致性算法实现 101 
5.3.3 仿真分析 115 
5.4 本章小结 119 
第六章 基于一致性的安全编队控制方法及应用 121 
6.1 问题描述 121 
6.2 基于一致性的编队控制方法 122 
6.3 基于速度障碍物的安全编队控制 125 
6.3.1 速度障碍物构造 125
6.3.2 避障编队控制器设计 126 
6.3.3 仿真分析 128 
6.4 基于势函数的安全编队控制 130 
6.4.1 基于势函数的避障编队控制策略 131 
6.4.2 质心位置分析 134 
6.4.3 仿真分析 135 
6.5 本章小结 137 
第七章 基于一致性理论的无约束分布式优化 138 
7.1 问题描述 139 
7.2 非平衡有向通信图下的分布式优化算法 139 
7.2.1 单时间尺度的连续时间优化算法 140 
7.2.2 收敛性分析 143 
7.2.3 仿真分析 149 
7.3 通信连边攻击下的分布式优化算法：基于连续时间通信机制 155 
7.3.1 算法设计与收敛性分析 155 
7.3.2 仿真分析 163 
7.4 通信连边攻击下的分布式优化算法：基于事件触发的通信机制 164 
7.4.1 算法设计与收敛性分析 164 
7.4.2 仿真分析 171 
7.5 本章小结 172 
第八章 基于一致性理论的一般约束分布式优化 173 
8.1 问题描述 173 
8.2 基于一致性的分布式次梯度投影算法 176 
8.2.1 算法收敛性分析 176 
8.2.2 仿真分析 181 
8.3 基于一致性的微分投影动力学 183 
8.3.1 算法收敛性分析 185 
8.3.2 仿真分析 190 
8.4 本章小结 192 
第九章 基于一致性理论的分布式非合作博弈 193 
9.1 问题描述 194 
9.2 切换通信图中的分布式纳什均衡搜索 196 
9.2.1 无约束分布式纳什均衡搜索 196 
9.2.2 带有局部约束的分布式纳什均衡搜索 204 
9.2.3 仿真分析 211
9.3 具有通信不确定性的自适应分布式纳什均衡搜索 214 
9.3.1 基于一致性跟踪的自适应分布式纳什均衡搜索 214 
9.3.2 基于一致性反馈的自适应分布式纳什均衡搜索 218 
9.3.3 仿真分析 221 
9.4 本章小结 222 
参考文献 224 
索引 239