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本書為十四五 重點(diǎn)圖書 本書旨在瞄準(zhǔn)自主智能系統(tǒng)的控制理論研究前沿問題，從自主智能系統(tǒng)的狀態(tài)估計、自主控制與系統(tǒng)安全三個角度對相關(guān)的理論研究成果做了相關(guān)整理和總結(jié)，進(jìn)一步為我國自主無人系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。

內(nèi)容提要

本書對自主智能系統(tǒng)前沿控制理論問題以及主要方法做了詳細(xì)闡述，主要從自主智能系統(tǒng)的狀態(tài)估計、協(xié)同控制和網(wǎng)絡(luò)安全防御三個方面展開，內(nèi)容涵蓋事件觸發(fā)風(fēng)險敏感狀態(tài)估計、具有相對熵約束的事件觸發(fā) 小 狀態(tài)估計、多剛體的有限時間協(xié)同控制、多剛體系統(tǒng)的姿態(tài)同步、多剛體系統(tǒng)的 一致性、多智能體系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)攻擊下的安全控制以及多智能體系統(tǒng)的分布式攻擊檢測與防御機(jī)制等理論研究成果。
????本書可供人工智能領(lǐng)域理論研究者或工程技術(shù)人員參考，也可供高等院校自動控制專業(yè)的本科生和研究生學(xué)習(xí)。

作者簡介

唐漾，博士，華東理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師。德國洪堡基金、 高層次人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、 海外高層次人才引進(jìn)計劃青年項(xiàng)目和上海市 學(xué)術(shù)帶頭人等計劃入選者, ESI 高被引科學(xué)家。主要研究方向?yàn)橹悄軣o人系統(tǒng)和工業(yè)智能。在Nature子刊、Cell子刊、Physics Reports、IEEE匯刊、IFAC會刊上發(fā)表論文100余篇，申請/公開/授權(quán)專利20余件。主持 科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目/課題、3項(xiàng) 自然科學(xué)基金重點(diǎn)類項(xiàng)目等多個項(xiàng)目。擔(dān)任7本IEEE匯刊、1本IFAC會刊和《中國科學(xué)：信息科學(xué)》等多個 期刊的副主編/編委。獲得2019年度上海市自然科學(xué)獎一等獎。
?? 金鑫,華東理工大學(xué)講師。長期從事資源受限下多剛體系統(tǒng)一致性協(xié)同控制等方面的研究工作。在Automatica、IEEE Trans. on Automatic Control、IEEE Trans. on Control Systems Technology等 期刊/會議發(fā)表論文20余篇，主持中國博士后科學(xué)基金特別資助項(xiàng)目1項(xiàng)，面上項(xiàng)目1項(xiàng)，同時擔(dān)任多個 期刊審稿人。于2021年入選上海市\(zhòng)" 博士后\"激勵計劃, 2023年入選上海市\(zhòng)"啟明星揚(yáng)帆\"計劃和中國科協(xié)\"青年人才托舉\"計劃。
?? 徐加鵬，博士。獲得中國自動化學(xué)會 博士學(xué)位論文獎，上海市 畢業(yè)生，博士研究生 獎學(xué)金，入選華東理工大學(xué)\"張江樹優(yōu)博重點(diǎn)培育\"計劃。研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)化反饋控制、事件觸發(fā)的狀態(tài)估計、多目標(biāo)互補(bǔ)控制、平均場博弈。發(fā)表期刊和會議論文15篇。
?? 黃家豪，博士。研究方向包括分布式狀態(tài)估計、網(wǎng)絡(luò)攻擊檢測以及信息物理系統(tǒng)安全。以 作者、參與作者的身份在Automatica、IEEE Trans. on Cybernetics以及IEEE Trans. on Industrial Informatics等 期刊發(fā)表論文10余篇，同時擔(dān)任多個 期刊審稿人。參與 科技部重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目課題1項(xiàng)、 自然科學(xué)基金重點(diǎn)類項(xiàng)目2項(xiàng)。

目錄

第1章　緒論001
1.1 自主智能系統(tǒng)控制介紹002
1.1.1　自主智能系統(tǒng)控制的特點(diǎn)及研究現(xiàn)狀002
1.1.2　多智能體系統(tǒng)的分布式估計和協(xié)同控制005
1.2　自主智能系統(tǒng)舉例009
1.2.1　工業(yè)智能控制系統(tǒng)009
1.2.2　多機(jī)器人協(xié)作系統(tǒng)011

第2章　自主智能系統(tǒng)建模方法015
2.1　面向狀態(tài)估計的自主智能系統(tǒng)建模016
2.1.1　線性隨機(jī)系統(tǒng)的Kalman濾波方程016
2.1.2　線性指數(shù)二次高斯?fàn)顟B(tài)估計方程017
2.1.3　隱馬爾可夫模型的狀態(tài)估計方程018
2.2　基于剛體動力學(xué)的自主智能系統(tǒng)建模020
2.2.1　旋轉(zhuǎn)矩陣的基本知識020
2.2.2　姿態(tài)表征和運(yùn)動學(xué)021
2.2.3　軸角姿態(tài)表征與姿態(tài)動力學(xué)022
2.2.4　剛體的歐拉-拉格朗日系統(tǒng)模型023
2.2.5　基于歐拉-拉格朗日系統(tǒng)的四旋翼無人機(jī)模型023
2.3　基于事件觸發(fā)通信機(jī)制的自主智能系統(tǒng)建模025
2.3.1　動態(tài)事件觸發(fā)機(jī)制的設(shè)計原則Ⅰ025
2.3.2　動態(tài)事件觸發(fā)機(jī)制的設(shè)計原則Ⅱ029
2.4　面向網(wǎng)絡(luò)安全的自主智能系統(tǒng)建模030
2.4.1　網(wǎng)絡(luò)攻擊模型031
2.4.2　網(wǎng)絡(luò)攻擊的檢測以及識別技術(shù)032
2.4.3　抵抗網(wǎng)絡(luò)攻擊的魯棒濾波034

第3章　隱馬爾可夫模型的事件觸發(fā)風(fēng)險敏感狀態(tài)估計037
3.1　概述038
3.2　問題描述038
3.3　遞歸估計結(jié)果040
3.3.1　參考概率測度040
3.3.2　遞歸估計044
3.3.3　測量噪聲為高斯時的解047
3.4　仿真示例051

第4章　具有相對熵約束的事件觸發(fā) 小 狀態(tài)估計057
4.1　概述058
4.2　問題描述059
4.2.1　不確定系統(tǒng)059
4.2.2　事件觸發(fā)策略060
4.2.3　事件觸發(fā) 小 估計問題062
4.3　事件觸發(fā)LEQG估計064
4.3.1　遞歸的信息狀態(tài)064
4.3.2　動態(tài)規(guī)劃070
4.4　一步事件觸發(fā) 小 估計073
4.4.1　一步事件觸發(fā)LEQG估計075
4.4.2　一步事件觸發(fā) 小 估計器076
4.5　多傳感器場景079
4.6　仿真示例082

第5章　具有隨機(jī)丟包的 狀態(tài)估計087
5.1　概述088
5.2　獨(dú)立同分布丟包信道下 風(fēng)險敏感狀態(tài)估計089
5.2.1　 估計問題089
5.2.2　 LEQG估計090
5.2.3　仿真示例1099
5.3　多個Markovian丟包信道下 穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計101
5.3.1　 穩(wěn)態(tài)狀態(tài)估計器101
5.3.2　均方鎮(zhèn)定解105
5.3.3　均方可檢測性和局部 穩(wěn)態(tài)估計器112
5.3.4　仿真示例2121

第6章　多剛體系統(tǒng)有限時間協(xié)同控制127
6.1　概述128
6.2　相關(guān)引理與問題描述130
6.2.1　引理130
6.2.2　歐拉-拉格朗日系統(tǒng)有限時間一致性132
6.2.3　多剛體系統(tǒng)固定時間姿態(tài)一致性133
6.3　歐拉-拉格朗日系統(tǒng)有限時間一致性135
6.3.1　基于事件驅(qū)動的有限時間一致性協(xié)議135
6.3.2　基于螺旋滑模的一致性算法142
6.3.3　非奇諾現(xiàn)象分析147
6.4　多剛體系統(tǒng)固定時間姿態(tài)一致性148
6.4.1　固定拓?fù)涞那闆r149
6.4.2　切換拓?fù)涞那闆r156
6.5　仿真示例162

第7章　多剛體系統(tǒng)姿態(tài)同步控制171
7.1　概述172
7.2　相關(guān)引理和問題描述175
7.2.1　引理175
7.2.2　問題描述1177
7.2.3　問題描述2179
7.3　 和相對姿態(tài)測量下的姿態(tài)一致性179
7.3.1　基于 姿態(tài)的事件驅(qū)動姿態(tài)一致性179
7.3.2　基于相對姿態(tài)的事件驅(qū)動姿態(tài)一致性185
7.3.3　自觸發(fā)姿態(tài)一致性191
7.4　無角速度測量下的姿態(tài)一致性193
7.4.1　固定拓?fù)湎碌氖录?qū)動姿態(tài)一致性193
7.4.2　切換拓?fù)湎碌氖录?qū)動姿態(tài)一致性201
7.5　仿真示例205
7.5.1　仿真示例1205
7.5.2　仿真示例2207

第8章　基于事件觸發(fā)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的多剛體系統(tǒng) 一致性213
8.1　概述214
8.2　基于增廣系統(tǒng)的無模型事件觸發(fā)方法214
8.2.1　問題描述214
8.2.2　增廣系統(tǒng)的設(shè)計217
8.2.3　無模型 控制器的設(shè)計218
8.2.4　事件觸發(fā)機(jī)制的引入219
8.3　基于事件觸發(fā)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的算法實(shí)現(xiàn)221
8.3.1　無模型事件觸發(fā)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法221
8.3.2　基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線算法實(shí)現(xiàn)223
8.3.3　事件觸發(fā)條件的設(shè)計226
8.4　算法驗(yàn)證與分析230

第9章　單個剛體系統(tǒng)的安全性能237
9.1　概述238
9.2　基于拒 服務(wù)攻擊的姿態(tài)系統(tǒng)彈性跟蹤控制算法240
9.2.1　姿態(tài)系統(tǒng)在攻擊下的動力學(xué)模型240
9.2.2　姿態(tài)系統(tǒng)的追蹤控制分析245
9.2.3　算法驗(yàn)證與分析1256
9.3　基于拒 服務(wù)攻擊的非飽和移動機(jī)器人系統(tǒng)跟蹤控制259
9.3.1　移動機(jī)器人系統(tǒng)在攻擊下的動力學(xué)模型259
9.3.2　移動機(jī)器人系統(tǒng)的跟蹤控制分析265
9.3.3　算法驗(yàn)證與分析2274

0章　多個智能體系統(tǒng)的安全協(xié) 能281
10.1　概述282
10.2　欺詐攻擊下網(wǎng)絡(luò)化多智能體系統(tǒng)的編隊(duì)控制284
10.2.1　多智能體系統(tǒng)在攻擊下的動力學(xué)模型284
10.2.2　三種欺詐攻擊下的分布式事件驅(qū)動策略294
10.2.3　算法驗(yàn)證與分析309
10.3　拒 服務(wù)攻擊下網(wǎng)絡(luò)化多智能體系統(tǒng)的編隊(duì)控制312
10.3.1　攻擊下的分布式事件驅(qū)動策略313
10.3.2　多智能體系統(tǒng)的編隊(duì)控制分析319
10.3.3　算法驗(yàn)證與分析326

1章　網(wǎng)絡(luò)化狀態(tài)估計的安全性分析以及攻擊檢測331
11.1　概述332
11.2　抵御線性中間人攻擊的安全遠(yuǎn)程狀態(tài)估計332
11.2.1　系統(tǒng)和攻擊模型332
11.2.2　數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩K334
11.2.3　不同信息泄露場景下的檢測性能與估計性能分析337
11.2.4　仿真示例1353
11.2.5　場景I的仿真結(jié)果353
11.2.6　場景II的仿真結(jié)果355
11.2.7　場景III的仿真結(jié)果356
11.2.8　擴(kuò)展：檢測重放攻擊357
11.3　隱秘攻擊下分布式狀態(tài)估計的收斂性分析358
11.3.1　系統(tǒng)和攻擊模型358
11.3.2　資源充足的隱秘攻擊下的分布式一致性估計364
11.3.3　資源受限的隱秘攻擊下的分布式一致性估計367
11.3.4　仿真示例2374

參考文獻(xiàn)379