CN111673750B - 欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案 - Google Patents
欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案,包括分析主从式多机械臂***在欺骗攻击下的***结构、建立主从式机械臂***的误差状态模型和设计脉冲控制器;本发明提出的脉冲同步控制策略,使得多机械臂***能够在运行速度上达到一致同步;以一个服从伯努利分布的随机变量表示攻击信号,并将此信号引入到设计的控制输入中,使得各个机械臂***的运行速度都能与主端保持一致;在一个固定且无向的通信拓扑下,本发明为欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制提供了结局方案。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域,主要涉及一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案。
背景技术
随着科学技术的不断发展,机械臂在工业应用中的使用正在增加,并且正在逐渐取代传统的工作模式。然而,机械臂是一个多变量,强耦合,非线性,复杂的控制***,因此其控制器的设计过程也非常困难。对于机械臂在复杂环境下的工作,其研究范围不仅与周围环境有关,而且与自身传感器的精度以及研究的欺骗攻击信号有关。当一个多机械臂***在运作过程中遭到攻击者的骚扰,不可避免的会影响到***的性能,对工业生产造成不可估量的损失,本策略可针对***在遭受攻击的情况下保持稳定运行的状态。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案,保持多机械臂***速度一致。
技术方案:为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案,包括以下步骤:
步骤S1、分析主从式多机械臂***在欺骗攻击下的***结构;
定义欺骗攻击发生在传感器至控制器间的信道中,由传感器传送给控制器的信号中夹杂攻击信号,如下表示:
di(t)∈Rn
其中di(t)为服从伯努利随机分布的有限变量,且di(t)≤d,d是一个已知的正常数;
定义与每个信道都相关的随机伯努利分布变量αij(t);αij(t)=1表示攻击者发起了攻击,传输信号异常;αij(t)=0表示攻击者未发起攻击,传输信号正常;随机变量αij(t)是相互独立的;
步骤S2、建立主从式机械臂***的误差状态模型;
对一个主从式机械臂***,建立第i个机械臂***的数学模型如下:
上式转换可得:
从端***转化为:
其中ui=ui1+ui2,ui1为待设计的脉冲控制器,ui2=Gi;
主端***转化为:
其中,u0=G0;u0为主端机械臂的本地控制器,ui2为从端机械臂的本地控制器;
误差***描述为:
其中ei(t)=xi(t)-x0(t),上式转化为:
步骤S3、设计脉冲控制器,实现主从式机械臂***的速度同步控制如下:
其中,c表示耦合强度,bi≥0,i=1,2,…,N表示固定增益,lij表示拉普拉斯矩阵元素,di表示攻击信号,δ()是狄拉克脉冲函数,脉冲序列满足0=t0<t1<t2<…<tk<…,脉冲周期下界h1=inf{tk-tk-1},上界h2=sup{tk-tk-1},且0<h1≤h2<∞,脉冲周期上界满足条件其中β>0,0<μ1<1;随机变量αij(t)取值0或1,概率分布如下:
prob{αij(t)=1}=λij
prob{αij(t)=0}=1-λij
其中λij∈[0,1),为已知常数,且αii(t)=0。
有益效果:本发明考虑了现实情况中***可能遭受攻击的情况,利用服从伯努利分布的随机变量来表示攻击信号,设计了一种基于脉冲控制的同步控制策略,避免了***在遭恶意攻击时性能崩溃的情况,增强了***安全性,为实际工业生产中多机械臂***能够稳定运行提供了重要保障。
附图说明
图1为本发明提供的第一关节的角速度轨迹;
图2为本发明提供的第一关节的角速度误差;
图3为本发明提供的第二关节的角速度轨迹;
图4为本发明提供的第二关节的角速度误差。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案,包括以下步骤:
步骤S1、分析主从式多机械臂***在欺骗攻击下的***结构。
在***运行过程中,控制输入指令由控制器发出传送给执行器然后再施加给机械臂,再由传感器接收来自***模型的输出信号,传感器再将此信号返回给控制器则完成一次控制循环。定义欺骗攻击发生在传感器至控制器间的信道中,由传感器传送给控制器的信号中夹杂攻击信号,如下表示:
di(t)∈Rn
其中di(t)为服从伯努利随机分布的有限变量,且di(t)≤d,d是一个已知的正常数;
定义与每个信道都相关的随机伯努利分布变量αij(t);αij(t)=1表示攻击者发起了攻击,传输信号异常;αij(t)=0表示攻击者未发起攻击,传输信号正常;随机变量αij(t)是相互独立的。
步骤S2、建立主从式机械臂***的误差状态模型;
对一个主从式机械臂***,建立第i个机械臂***的数学模型如下:
上式转换可得:
从端***转化为:
其中ui=ui1+ui2,ui1为待设计的脉冲控制器,ui2=Gi;
主端***转化为:
其中,u0=G0;u0为主端机械臂的本地控制器,ui2为从端机械臂的本地控制器;只利用其自身的信息状态构成。因此无需与其他个体进行信息交互,从而不需要考虑通信网络上受到的欺骗攻击。
误差***描述为:
其中ei(t)=xi(t)-x0(t),上式转化为:
步骤S3、设计脉冲控制器,实现主从式机械臂***的速度同步控制如下:
其中,c表示耦合强度,bi≥0,i=1,2,…,N表示固定增益,lij表示拉普拉斯矩阵元素,di表示攻击信号,δ()是狄拉克脉冲函数,脉冲序列满足0=t0<t1<t2<…<tk<…,脉冲周期下界h1=inf{tk-tk-1},上界h2=sup{tk-tk-1},且0<h1≤h2<∞,脉冲周期上界满足条件其中β>0,0<μ1<1;随机变量αij(t)取值0或1,概率分布如下:
prob{αij(t)=1}=λij
prob{αij(t)=0}=1-λij
其中λij∈[0,1),为已知常数,且αii(t)=0。
采用本发明所述的速度同步控制方案,选取第一关节和第二关节进行仿真实验。如图1所示,在欺骗攻击下,从端的速度可以从初始状态开始快速与主端达到同步。如图2所示,***的第一关节的速度跟踪误差稳定在一个极小邻域内。图3-4表示对第二关节同样进行仿真实验,结果表示,在欺骗攻击下,第二关节从端的速度可以从初始状态开始快速与主端达到同步,第二关节速度跟踪误差也快速稳定在一个极小邻域内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种欺骗攻击下的主从式多机械臂***的速度同步控制方案,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1、分析主从式多机械臂***在欺骗攻击下的***结构;
定义欺骗攻击发生在传感器至控制器间的信道中,由传感器传送给控制器的信号中夹杂攻击信号,如下表示:
di(t)∈Rn
其中di(t)为服从伯努利随机分布的有限变量,且di(t)≤d,d是一个已知的正常数;
定义与每个信道都相关的随机伯努利分布变量αij(t);αij(t)=1表示攻击者发起了攻击,传输信号异常;αij(t)=0表示攻击者未发起攻击,传输信号正常;随机变量αij(t)是相互独立的;
步骤S2、建立主从式机械臂***的误差状态模型;
对一个主从式机械臂***,建立第i个机械臂***的数学模型如下:
上式转换可得:
从端***转化为:
其中ui=ui1+ui2,ui1为待设计的脉冲控制器,ui2=Gi;
主端***转化为:
其中,u0=G0;u0为主端机械臂的本地控制器,ui2为从端机械臂的本地控制器;
误差***描述为:
其中ei(t)=xi(t)-x0(t),上式转化为:
步骤S3、设计脉冲控制器,实现主从式机械臂***的速度同步控制如下:
其中,c表示耦合强度,bi≥0,i=1,2,…,N表示固定增益,lij表示拉普拉斯矩阵元素,di表示攻击信号,δ()是狄拉克脉冲函数,脉冲序列满足0=t0<t1<t2<…<tk<…,脉冲周期下界h1=inf{tk-tk-1},上界h2=sup{tk-tk-1},且0<h1≤h2<∞,脉冲周期上界满足条件其中β>0,0<μ1<1;随机变量αij(t)取值0或1,概率分布如下:
prob{αij(t)=1}=λij
prob{αij(t)=0}=1-λij
其中λij∈[0,1),为已知常数,且αii(t)=0。
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基于事件触发和欺骗攻击的多智能体一致性控制;王誉达;《南京信息工程大学学报(自然科学版)》;20191130;全文 * |
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