[發(fā)明專利]一種在DoS攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)安全間距的分布式控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010849043.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112462602B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝海歧;吳立鋒;倪洪杰;何海雅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大豐實(shí)業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33239
• 代理人: 戚秋鵬

本發(fā)明公開(kāi)了一種在DoS攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)安全間距的分布式控制方法，采用了領(lǐng)航跟隨編隊(duì)控制方法并結(jié)合對(duì)車臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析建立了移動(dòng)舞臺(tái)車系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型；然后用一條馬爾可夫鏈模擬攻擊行為并通過(guò)馬爾可夫切換系統(tǒng)方法來(lái)構(gòu)建在攻擊下的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；隨后設(shè)計(jì)了一個(gè)在DoS攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)預(yù)設(shè)安全間距的網(wǎng)絡(luò)化分布式控制器來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制；并進(jìn)一步通過(guò)李雅普諾夫穩(wěn)定性理論分析和相關(guān)矩陣變換方法給出了通過(guò)求解一組LMI來(lái)獲得保證系統(tǒng)魯棒性的控制器增益方法，可以很便利的通過(guò)使用LMI求解工具離線求解控制器增益K_ρ(k),根據(jù)本方法所設(shè)計(jì)的狀態(tài)反饋控制器能夠保證在DoS攻擊下移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)可以保持在一個(gè)預(yù)設(shè)的安全距離下動(dòng)作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)編隊(duì)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種在DoS攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)安全間距的分布式控制方法。

背景技術(shù)

為了給觀眾帶來(lái)更加震撼的視覺(jué)體驗(yàn)，現(xiàn)代舞臺(tái)演出中更多的不僅僅是單個(gè)個(gè)體的表演，而是多個(gè)個(gè)體之間有序的協(xié)同配合完成特定節(jié)目效果，如2016年央視春晚的540臺(tái)Alpha機(jī)器人編隊(duì)舞蹈為孫楠伴舞，2019年深圳600架無(wú)人機(jī)編隊(duì)組成“我愛(ài)中國(guó)”，“我愛(ài)香港”等標(biāo)語(yǔ)……協(xié)同控制問(wèn)題的研究與應(yīng)用也吸引了越來(lái)越多的專家學(xué)者和企業(yè)的興趣。在編隊(duì)控制問(wèn)題中，傳統(tǒng)理論上一般可歸結(jié)為領(lǐng)航跟隨法、基于行為法和虛擬結(jié)構(gòu)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(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，并且不能保證隊(duì)形的穩(wěn)定性；虛擬結(jié)構(gòu)法要求隊(duì)形向一個(gè)虛擬結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，限制了該方法的應(yīng)用范圍；而其中最常用的是跟隨領(lǐng)航法，即以一個(gè)機(jī)器人為領(lǐng)導(dǎo)者，剩下的其他機(jī)器人作為跟隨者跟隨領(lǐng)導(dǎo)者實(shí)現(xiàn)某種編隊(duì)或者作出相應(yīng)動(dòng)作。

在實(shí)際舞臺(tái)節(jié)目演出中，我們一般采用領(lǐng)航跟隨法來(lái)對(duì)移動(dòng)車臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行編隊(duì)控制，保持某種隊(duì)形運(yùn)動(dòng)或者編隊(duì)形態(tài)的改變完成特定的情境效果。一般的協(xié)同控制是狀態(tài)趨同，但是這在實(shí)際應(yīng)用中往往太過(guò)理想化，因?yàn)檐嚺_(tái)自身有一定的體積，在舞臺(tái)演出中移動(dòng)車臺(tái)最終不可能達(dá)到同一個(gè)位置，這樣會(huì)導(dǎo)致車臺(tái)之間發(fā)生相互碰撞。更常見(jiàn)的是，多個(gè)車臺(tái)往往以直線或者曲線編隊(duì)形式來(lái)做出特定動(dòng)作達(dá)到節(jié)目效果，各車臺(tái)之間是會(huì)保留一定的安全距離。此外，實(shí)際控制中采用網(wǎng)絡(luò)化分布式控制方式，每個(gè)車臺(tái)通過(guò)固定時(shí)間采樣方式將自身的狀態(tài)信息發(fā)送到通信交流拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中。由于一般來(lái)說(shuō)一場(chǎng)演出會(huì)設(shè)置固定的節(jié)目場(chǎng)景，所以作為領(lǐng)導(dǎo)者的車臺(tái)通常都是采用預(yù)先寫(xiě)入運(yùn)動(dòng)軌跡或者運(yùn)行速度等信息的方式，而不需要控制器來(lái)實(shí)時(shí)控制。而作為跟隨者的每一個(gè)移動(dòng)車臺(tái)則都需要一個(gè)局部控制器來(lái)單獨(dú)進(jìn)行控制，具體為每一個(gè)分布式控制器通過(guò)獲取信息交流拓?fù)渲懈鬣従榆嚺_(tái)和領(lǐng)導(dǎo)者車臺(tái)的狀態(tài)信息來(lái)實(shí)時(shí)更新自身的控制量輸出給被控車臺(tái)。一般移動(dòng)舞臺(tái)車系統(tǒng)中的各個(gè)個(gè)體之間通信廣泛采用的是網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，但無(wú)論是采用有線傳輸(同軸電纜、雙絞線、光纖等)還是無(wú)線傳輸(ZigBee、WiFi、Bluetooth等)都會(huì)存在惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊和環(huán)境干擾等問(wèn)題。當(dāng)干擾或者攻擊發(fā)生時(shí)，車臺(tái)之間的通信連接將被阻塞甚至完全打斷。例如，當(dāng)拒絕服務(wù)(Denial of Servie，簡(jiǎn)稱DoS)網(wǎng)絡(luò)攻擊發(fā)生時(shí)，分布式控制器無(wú)法獲取被控車臺(tái)信息從而為其更新控制命令造成系統(tǒng)失控，造成移動(dòng)舞臺(tái)車系統(tǒng)的編隊(duì)發(fā)生非預(yù)設(shè)的異變，從而發(fā)生車臺(tái)-車臺(tái)碰撞甚至車臺(tái)-演員(觀眾)碰撞而導(dǎo)致舞臺(tái)演出安全事故。

發(fā)明內(nèi)容

為了保證在DoS網(wǎng)絡(luò)攻擊下移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)能夠維持在一個(gè)預(yù)設(shè)的安全間距下動(dòng)作從而不至于造成車臺(tái)-車臺(tái)碰撞甚至車臺(tái)-演員(觀眾)碰撞而發(fā)生舞臺(tái)演出安全事故，本發(fā)明通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)給出了一種在DoS網(wǎng)絡(luò)攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)安全間距的編隊(duì)控制方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：

一種在DoS攻擊下保持移動(dòng)舞臺(tái)車隊(duì)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(guò)領(lǐng)航跟隨法建立如下移動(dòng)舞臺(tái)車編隊(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：

領(lǐng)導(dǎo)者：

跟隨者：