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专利号: 2023107482254
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种欺骗攻击下的无人车编队控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:将一辆无人车作为一个通信节点,根据若干通信节点建立通信拓扑关系;

步骤2:在无人车编队中构建领航者系统动态模型和跟随者系统动态模型;

步骤3:基于无人车节点通信信道上的网络安全,建立欺骗攻击动态模型;

步骤4:在欺骗攻击动态模型基础上提出基于脉冲攻击信号补偿器的时变编队控制协议,并建立与时变编队控制协议相对应的动态误差系统模型;

步骤5:基于李亚普诺夫理论,在动态误差系统模型中给出误差系统稳定的充分条件,以证明基于脉冲攻击信号补偿器的时变编队控制协议的有效性,得到无人车的编队误差的跟踪误差界,由此,无人车在保证精度情况下达到期望三角形编队队形;

步骤3中,基于无人车节点通信信道上的网络安全,建立欺骗攻击动态模型,具体包括:考虑欺骗攻击发生在无人车节点通信信道上,建立欺骗攻击模型为wij(tk)qij(tk),其中qij(tk)表示在tk时刻节点i到节点j的通信信道中的攻击信号,定义矩阵Q(tk)=[qij2

(tk)]n×n,且满足||Q(tk)|| ≤q,q表示攻击信号总能量,wij(tk)服从伯努利分布,其概率密度函数为:其中,wij(tk)=1表示发生欺骗攻击,否则wij(tk)=0,λij∈[0,1)是用来描述在tk时刻节点i到节点j的通信信道中发生欺骗攻击的概率,令W(tk)=[wij(tk)]n×n,则有步骤4中,在欺骗攻击动态模型基础上提出基于脉冲攻击信号补偿器的时变编队控制协议具体为:其中

ηi(t)是无人车i的攻

击信号补偿器的补偿值,δ(.)是狄拉克函数,c>0是补偿器的耦合增益,hi是分段连续可微的,表示无人车的输出编队形状信息,且满足以下式子:其中,Rhi,Shi是待选择的具有合适维数矩阵;K1i,K2i,K3i是待设计的控制器增益;

首先根据下列线性矩阵方程

得到(Xi,Ui)和(Xhi,Uhi)的解;

然后,根据算法设计步骤选择合适的K1i,由下列等式即可得到K2i,K3iK2i=Ui‑K1iXi

K3i=Uhi‑K1iXhi;

步骤4中,所述动态误差系统模型具体为:

定义ei=yi(t)‑yhi(t)‑y0(t)为系统误差,无人车编队控制的目标公式化为:2

其中 为一个正常数,E(||.||)代表欧几里得向量范数或其衍生得矩阵2‑范数的期望;

步骤5中,所述无人车的编队误差的跟踪误差界:即:

其中,φ=||[CS0]||。

2.根据权利要求1所述的一种欺骗攻击下的无人车编队控制方法,其特征在于,步骤1中,将一辆无人车作为一个通信节点,根据若干通信节点建立通信拓扑关系:其中lij表示矩阵L的(i,j)元素,aij=1表示节点i能够接收节点j的信息,且信息流向为单向,aij=0表示节点i、j间不存在通信信道;

定义领导者和跟随者的耦合权重为B=diag{b1,b2,...,bm},bi=1表示节点i能接收领导者信息,否则bi=0。

3.根据权利要求1所述的一种欺骗攻击下的无人车编队控制方法,其特征在于,步骤2具体为:无人车中领导者0和第i的跟随者的系统动态模型分别为:其中R0、S0、R、S和C是具有适当维数的常数系统矩阵,x0(t)和y0(t)是领导者的状态和输出,xi(t),yi(t)和ui(t)分别表示跟随者的状态、输出和控制输入。

4.根据权利要求1所述的一种欺骗攻击下的无人车编队控制方法,其特征在于,步骤5中,基于李亚普诺夫理论,给出误差系统稳定的充分条件:若分布式弹性编队控制器增益K1i满足R+SK1i是Hurwitz的,且K2i=Ui‑K1iXi,K3i=Uhi‑K1iXhi,如果存在正标量α1,α2,正定矩阵Ψ和正定矩阵P=diag(P1,...,Pn),满足以下矩阵不等式:T

R0 Ψ+ΨR0‑α2Ψ<0

Γ>κI

其中,

Tmax=max{tk+1‑tk},Tmin=min{tk+1‑tk},k=1,2...

其中a,b,d,g是待选择的正标量;由此可得到在设计的编队控制器下跟踪误差系统稳定,无人车在一定误差界内实现期望的时变编队。