[發明專利]一種在DoS攻擊下保持移動舞臺車隊安全間距的分布式控制方法

有效

• 申請號: 202010849043.2
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112462602B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 謝海歧;吳立鋒;倪洪杰;何海雅
• 申請（專利權）人: 浙江大豐實業股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務所(普通合伙) 33239
• 代理人: 戚秋鵬

本發明公開了一種在DoS攻擊下保持移動舞臺車隊安全間距的分布式控制方法，采用了領航跟隨編隊控制方法并結合對車臺的運動學分析建立了移動舞臺車系統的狀態空間模型；然后用一條馬爾可夫鏈模擬攻擊行為并通過馬爾可夫切換系統方法來構建在攻擊下的運動學模型；隨后設計了一個在DoS攻擊下保持移動舞臺車隊預設安全間距的網絡化分布式控制器來對系統進行控制；并進一步通過李雅普諾夫穩定性理論分析和相關矩陣變換方法給出了通過求解一組LMI來獲得保證系統魯棒性的控制器增益方法，可以很便利的通過使用LMI求解工具離線求解控制器增益K_ρ(k),根據本方法所設計的狀態反饋控制器能夠保證在DoS攻擊下移動舞臺車隊可以保持在一個預設的安全距離下動作。

技術領域

本發明涉及移動舞臺車隊編隊控制領域，尤其涉及一種在DoS攻擊下保持移動舞臺車隊安全間距的分布式控制方法。

背景技術

為了給觀眾帶來更加震撼的視覺體驗，現代舞臺演出中更多的不僅僅是單個個體的表演，而是多個個體之間有序的協同配合完成特定節目效果，如2016年央視春晚的540臺Alpha機器人編隊舞蹈為孫楠伴舞，2019年深圳600架無人機編隊組成“我愛中國”，“我愛香港”等標語……協同控制問題的研究與應用也吸引了越來越多的專家學者和企業的興趣。在編隊控制問題中，傳統理論上一般可歸結為領航跟隨法、基于行為法和虛擬結構法三種研究方法，其中基于行為法不能明確的定義群體行為，難以對其進行數學分析，并且不能保證隊形的穩定性；虛擬結構法要求隊形向一個虛擬結構運動，限制了該方法的應用范圍；而其中最常用的是跟隨領航法，即以一個機器人為領導者，剩下的其他機器人作為跟隨者跟隨領導者實現某種編隊或者作出相應動作。

在實際舞臺節目演出中，我們一般采用領航跟隨法來對移動車臺系統進行編隊控制，保持某種隊形運動或者編隊形態的改變完成特定的情境效果。一般的協同控制是狀態趨同，但是這在實際應用中往往太過理想化，因為車臺自身有一定的體積，在舞臺演出中移動車臺最終不可能達到同一個位置，這樣會導致車臺之間發生相互碰撞。更常見的是，多個車臺往往以直線或者曲線編隊形式來做出特定動作達到節目效果，各車臺之間是會保留一定的安全距離。此外，實際控制中采用網絡化分布式控制方式，每個車臺通過固定時間采樣方式將自身的狀態信息發送到通信交流拓撲網絡中。由于一般來說一場演出會設置固定的節目場景，所以作為領導者的車臺通常都是采用預先寫入運動軌跡或者運行速度等信息的方式，而不需要控制器來實時控制。而作為跟隨者的每一個移動車臺則都需要一個局部控制器來單獨進行控制，具體為每一個分布式控制器通過獲取信息交流拓撲中各鄰居車臺和領導者車臺的狀態信息來實時更新自身的控制量輸出給被控車臺。一般移動舞臺車系統中的各個個體之間通信廣泛采用的是網絡傳輸方式，但無論是采用有線傳輸(同軸電纜、雙絞線、光纖等)還是無線傳輸(ZigBee、WiFi、Bluetooth等)都會存在惡意網絡攻擊和環境干擾等問題。當干擾或者攻擊發生時，車臺之間的通信連接將被阻塞甚至完全打斷。例如，當拒絕服務(Denial of Servie，簡稱DoS)網絡攻擊發生時，分布式控制器無法獲取被控車臺信息從而為其更新控制命令造成系統失控，造成移動舞臺車系統的編隊發生非預設的異變，從而發生車臺-車臺碰撞甚至車臺-演員(觀眾)碰撞而導致舞臺演出安全事故。

發明內容

為了保證在DoS網絡攻擊下移動舞臺車隊能夠維持在一個預設的安全間距下動作從而不至于造成車臺-車臺碰撞甚至車臺-演員(觀眾)碰撞而發生舞臺演出安全事故，本發明通過運動學建模和狀態反饋控制器設計給出了一種在DoS網絡攻擊下保持移動舞臺車隊安全間距的編隊控制方法。

本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：

一種在DoS攻擊下保持移動舞臺車隊安全間距的分布式控制方法，所述方法包括如下步驟：

1)通過領航跟隨法建立如下移動舞臺車編隊運動學模型：

領導者：

跟隨者：