【技術實現步驟摘要】
本申請涉及集群系統領域，特別是涉及一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法及系統。
技術介紹
1、近幾十年來，集群系統因其相較于單個智能體具有更廣泛的應用范圍而引起了廣泛關注。這些應用包括但不限于編隊跟蹤、資源分配和任務調度。在這些研究領域中，大量的研究工作聚焦于各種條件下的編隊跟蹤問題，如有限時間編隊跟蹤、魯棒編隊跟蹤和最優編隊跟蹤。然而，這些策略以及大多數現有的控制方法都預設了軌跡是已知的。這意味著集群系統缺乏通過協商自主設定軌跡的能力，這在以下場景中尤為關鍵：1)集群系統與發布軌跡的處理器完全斷開連接；2)軌跡需要根據所有智能體的特定任務，尤其是時變任務來確定。在這些情況下，傳統的編隊控制方法不再適用，從而引發了分布式時變編隊最優跟蹤問題。其中，保持編隊構型的時變最優軌跡需要通過協同計算和跟蹤來實現。
2、在編隊最優跟蹤問題中，處理約束條件是一個核心議題。例如，c.wu等人提出一種算法，旨在實現具有仿射編隊約束的編隊最優跟蹤；l.jiang等人提出一種算法，用于處理時不變編隊約束的情況。f.huang等人則提出了一種原對偶算法，該算法能夠有效應對時變編隊約束和局部不等式約束。上述三種方法均是為強凸目標函數設計的。需要注意的是，l.jiang等人和f.huang等人提出的方法局限于處理時不變優化問題。對于時變凸優化問題，x.li等人提出的原對偶求和算法解決了耦合的時不變不等式約束問題。此外，c.wang等人提出的在線凸優化算法則解決了具有集合約束的耦合時變不等式約束問題。另外，k.lu等人提出了另一種原對偶
3、上述所有研究成果均基于一個簡化的假設，即集群系統的通信鏈路能夠按預期正常工作。然而，這一假設在實踐中并不總是成立，尤其是在面臨網絡攻擊時。其中，當某個智能體的行為任意偏離其預期時，便稱其遭受了拜占庭攻擊，其具有高度的偽裝性，能夠輕易地模仿其他類型的網絡攻擊，包括重放攻擊、拒絕服務攻擊和虛假數據注入攻擊。多年來，針對拜占庭攻擊的分布式魯棒平均一致性算法已得到了廣泛的研究，其應用范圍也已從共識問題擴展到了分布式優化領域。在分布式學習的背景下，針對拜占庭攻擊的防御算法也得到了研究，但這些算法的實現需要存在一個中央處理器。在完全分布式環境中，z.yang等人提出了一種魯棒坐標下降算法，c.fang等人提出了一種魯棒梯度下降算法，j.li等人提出了一種魯棒隨機梯度下降算法。然而，值得注意的是，上述三種方法目前仍僅適用于時不變優化問題。對于時變優化問題，尤其是還受到約束的時變優化問題，分布式魯棒算法的理論保證或擴展仍然相對稀缺。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法及系統，可在拜占庭攻擊下實現時變仿射編隊最優跟蹤，提高集群系統的抗干擾能力和魯棒性。
2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案：
3、第一方面，本申請提供了一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，所述集群系統包括多個智能體；多個智能體被拜占庭攻擊后分為拜占庭智能體和誠實智能體；所述用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法包括：
4、建立集群系統的動力學模型；所述動力學模型用于根據當前時刻每個智能體的狀態和每個智能體的控制輸入確定下一時刻每個智能體的狀態；
5、建立集群系統的仿射編隊，并基于所述仿射編隊和所述動力學模型確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題；所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題為通過設置當前時刻每個誠實智能體的控制輸入，根據所述動力學模型使下一時刻每個誠實智能體的狀態在滿足仿射編隊約束和全局不等式約束的情況下，最小化目標函數；所述目標函數為所述誠實智能體從初始時刻到當前時刻累計的局部目標函數的和；
6、基于所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議，根據所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議得到當前時刻每個誠實智能體的控制輸入，使所述仿射編隊根據所述當前時刻每個誠實智能體的控制輸入進行最優跟蹤。
7、第二方面，本申請提供了一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤系統，應用上述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，包括：
8、動力學模型建立模塊，用于建立集群系統的動力學模型；所述動力學模型用于根據當前時刻每個智能體的狀態和每個智能體的控制輸入確定下一時刻每個智能體的狀態；
9、彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定模塊，與所述動力學模型建立模塊連接，用于建立集群系統的仿射編隊，并基于所述仿射編隊和所述動力學模型確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題；所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題為通過設置當前時刻每個誠實智能體的控制輸入，根據所述動力學模型使下一時刻每個誠實智能體的狀態在滿足仿射編隊約束和全局不等式約束的情況下，最小化目標函數；所述目標函數為所述誠實智能體從初始時刻到當前時刻累計的局部目標函數的和；
10、跟蹤模塊，與所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定模塊連接，用于基于所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議，根據所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議得到當前時刻每個誠實智能體的控制輸入，使所述仿射編隊根據所述當前時刻每個誠實智能體的控制輸入進行最優跟蹤。
11、根據本申請提供的具體實施例，本申請具有了以下技術效果：
12、本申請提供了一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法及系統，通過動力學模型實現根據當前時刻每個智能體的控制輸入確定下一時刻每個智能體的狀態，通過仿射編隊體現每個智能體的位置和所有的編隊構型，并且可以隨時間進行調整，通過動力學模型和仿射編隊確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題，針對彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題設計彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議得到當前時刻每個誠實智能體的控制輸入，使集群系統在拜占庭攻擊下依然實現時變仿射編隊最優跟蹤，提高了集群系統的抗干擾能力和魯棒性。
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1.一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述集群系統包括多個智能體；多個智能體被拜占庭攻擊后分為拜占庭智能體和誠實智能體；所述用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法包括：
2.根據權利要求1所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題的表達式為：
3.根據權利要求2所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，基于所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議，具體包括:
4.根據權利要求3所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議具體包括：
5.根據權利要求4所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性加權平均共識機制的表達式為：
6.根據權利要求5所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述梯度下降的更新機制的表達式為：
7.根據權利要求6所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，
8.根據權利要求1所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法還包括：
9.根據權利要求8所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議的性能評估條件具體包括：
10.一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤系統，應用權利要求1-9中任一項所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤系統包括：
...【技術特征摘要】
1.一種用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述集群系統包括多個智能體；多個智能體被拜占庭攻擊后分為拜占庭智能體和誠實智能體；所述用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法包括：
2.根據權利要求1所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題的表達式為：
3.根據權利要求2所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，基于所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤問題確定彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議，具體包括:
4.根據權利要求3所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性時變仿射編隊最優跟蹤控制協議具體包括：
5.根據權利要求4所述的用于集群系統的彈性時變仿射編隊最優跟蹤方法，其特征在于，所述彈性加權平均共識...
【專利技術屬性】
技術研發人員：董希旺，蘇翎菲，化永朝，于江龍，李曉多，劉亦石，馮智，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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