多智能体系统在数据注入攻击与有限通信范围下的预定义时间一致性安全控制研究

本研究针对多智能体系统(MASs)在数据注入攻击和有限通信范围下的共识控制难题，提出基于历史数据的安全估计策略(HDSES)和带惩罚因子的拓扑权重设计方案，结合自适应反步技术构建了预定义时间收敛且保持连通性的安全控制方案。该成果突破了传统方法对攻击信号有界性的限制，解决了混合攻击下系统稳定性和通信距离约束的双重挑战，为复杂环境下的分布式协同控制提供了新思路。

　　

随着无人机编队、无人船集群等协同控制技术的快速发展，多智能体系统(MASs)的分布式共识控制成为研究热点。然而在实际应用中，开放的无线通信网络易受数据注入攻击(DIA)，攻击者可能同时注入真实信息和精心设计的虚假信息，传统防御策略通常要求攻击信号有界，难以应对更复杂的混合攻击场景。此外，受传感器功率限制，智能体间通信距离存在严格约束，现有方法多采用与距离无关的固定权重，既不符合无线通信理论，又影响系统协调性能。更棘手的是，实际工程对系统收敛速度要求日益提高，但现有控制方案往往无法兼顾快速收敛与通信约束。

针对上述挑战，研究人员开展了MASs在无界混合攻击和有限通信范围下的预定义时间共识控制研究。通过构建历史数据安全估计策略(HDSES)，首次实现了对未知无界加性攻击信号和乘性攻击系数的联合估计；提出带惩罚因子的距离相关权重设计方案，在保证连通性的同时提升收敛速度；结合自适应反步技术，开发出离散通信下的预定义时间控制器。该成果发表于《Expert Systems with Applications》。

关键技术包括：1)基于时间窗口攻击历史分析的HDSES参数估计；2)离散信号连续化处理的保持器设计；3)含距离惩罚因子的动态拓扑权重调整；4)Lyapunov稳定性理论与预定义时间控制技术的融合。以四智能体摆模型为对象进行验证，参数设置为G=10m/s²，L_i=1m，K₀=0.1，M=1kg。

【Main results】
通过HDSES成功重构攻击后信息，状态保持器实现离散信号连续化。理论证明所提控制方案能使系统在预定义时间T内达成共识，且通信距离始终满足‖q_ij‖<>

【Simulation results】
摆模型仿真显示，在初始状态x₁=0.5、x₂=-0.3条件下，系统在设定时间T=5s内实现状态同步，各智能体距离始终维持在通信范围内，验证了方案的有效性。

【Conclusion】
该研究突破了传统防御策略对攻击信号有界性的限制，首次解决了无界混合攻击下的MASs安全控制问题。创新的距离相关权重设计既符合通信理论，又通过惩罚因子增强了系统协调性。预定义时间控制技术的应用，使系统收敛速度可事先精确设定。这些成果为复杂对抗环境下的分布式系统安全控制提供了新范式，对智能集群系统的工程应用具有重要指导价值。