和望利，華東理工大學教授、博士生導師， 國家優秀青年科學基金獲得者。研究方向包括自主協同控制、優化與智慧決策及其在無人繫統、智能電網、煉油工業等的應用。發表論文100餘篇，登記軟著和申請專利10餘件，主持科技創新2030-“新-一代人工智能”重大項目課題、上海市基礎研究特區項目等10餘項。榮獲上海市自然科學獎一等獎和中國自動化學會第六屆青年科學家獎。曾擔任IEEE工業電子學會網絡控制繫統與應用專業委員會主席、IEEETNNLS副主編等，目前擔任IEEE TII、 IEEE工業電子前沿主題期刊等副主編以及智能科學與技術學報編委。錢鋒，中國工程院院士，自動控制和過程繫統工程專家，華東理工大學教授、博士生導師，國家流程制造智能調控技術創新中心首席科學家，能源化工過程智能制造重點實驗室主任，國家智能制造專家委員會副主任，中國儀器儀表學會副理事長。長期從事能源化工過程資源與能源高效利用的流程工業智能制造應用基礎、關鍵技術、工業軟件和繫統集成研究。曾獲得5項國家科技進步二等獎、16項省部級科技進步一等獎 等40餘項省部級科技獎勵。擔任國家“973計劃”項目首席科學家、國家重點研發計劃首席科學家、國家自然科學基金基礎科學中心項目負責人，榮獲何梁何利基金科學與技術創新獎等榮譽。韓清龍，歐洲科學院院士，IEEE/IFAC/IEAust/-CAA會士，澳大利亞斯威本科技大學副校長、傑出教授。先後獲得繫統與控制論領域最高獎項諾伯特.維納獎、澳大利亞電氣工程領域最高獎M. A SargentMedal、澳大利亞科研終身成就獎及工程和計算機兩個領域全球高被引學者，2021年IEEE/CAA JAS諾伯特.維納綜述獎，2019年、2020年及2022年IEEE SMC學會Andrew P. Sage最佳論文獎以及2020年IEEE工業電子學會IEEE TII傑出論文獎等重要獎項。目前擔任EEE/CAA JAS主編和EEE TII共同主編。

第1章緒論 001
1.1工業網絡繫統概述 002
1.1.1工業網絡繫統的內涵 002
1.1.2工業網絡繫統的架構 002
1.1.3工業網絡繫統的調控 004
1.2分布式協同控制 007
1.2.1分布式脈衝控制 007
1.2.2分布式采樣控制 008
1.2.3事件觸發控制 009
1.2.4安全控制 011
1.3本章小結 014
參考文獻 014

第2章分布式脈衝控制 021
2.1概述 022
2.2同質多智能體繫統的分布式脈衝控制 023
2.2.1模型描述 023
2.2.2分布式脈衝控制下領導者-跟隨一致性分析 026
2.2.3脈衝牽制可控性 034
2.2.4脈衝反饋增益設計 035
2.3網絡化多智能體繫統的分布式延時脈衝控制 036
2.3.1模型描述 036
2.3.2分布式延時脈衝控制下領導者-跟隨一致性分析 037
2.3.3脈衝間隔與網絡參數設計 046
2.3.4數值仿真 049
2.4異質多智能體繫統的分布式脈衝控制 052
2.4.1模型描述 052
2.4.2異質多智能體繫統的有界一致分析 053
2.4.3誤差上界優化 060
2.4.4給定誤差上界下的脈衝間隔與網絡參數設計 064
2.4.5數值仿真 066
2.5本章小結 071
參考文獻 072

第3章分布式采樣控制 075
3.1概述 076
3.2網絡化耦合負阻振蕩器的分布式采樣控制 077
3.2.1模型描述 077
3.2.2固定周期采樣下主從耦合負阻振蕩器的同步分析與?設計 079
3.2.3隨機采樣下主從耦合負阻振蕩器的同步分析與設計 085
3.2.4數值仿真 093
3.3領導者-跟隨多智能體繫統的分布式隨機采樣控制 095
3.3.1模型描述 095
3.3.2隨機采樣下領導者-跟隨一致性協議設計 096
3.3.3有向圖下領導者-跟隨一致性分析 099
3.3.4無向圖下領導者-跟隨一致性分析 105
3.3.5網絡拓撲設計 107
3.3.6數值仿真 110
3.4耦合多諧振子的分布式異步采樣控制 115
3.4.1模型描述 115
3.4.2異步通信機制 115
3.4.3異步采樣下耦合多諧振子分布式同步分析與設計 119
3.4.4數值仿真 125
3.5本章小結 129
參考文獻 130

第4章分布式靜態事件觸發控制 133
4.1概述 134
4.2基於周期采樣事件觸發機制的多智能體繫統的一致性 135
4.2.1模型描述 135
4.2.2基於固定周期采樣的事件觸發控制協議設計 136
4.2.3基於固定周期采樣事件觸發機制的一致性分析 139
4.2.4基於固定周期采樣事件觸發機制的控制器設計 146
4.2.5數值仿真 151
4.3基於隨機采樣事件觸發機制的多智能體繫統的一致性 155
4.3.1基於隨機采樣的事件觸發控制協議設計 155
4.3.2基於隨機采樣事件觸發機制的均方一致性分析：強連通網絡 158
4.3.3基於隨機采樣事件觸發機制的均方一致性分析：包含有向生成樹的網絡 168
4.3.4數值仿真 172
4.4基於組合測量事件觸發機制的耦合神經網絡的一致性 176
4.4.1模型描述 176
4.4.2基於組合測量的固定周期采樣事件觸發控制協議設計 176
4.4.3基於組合測量事件觸發機制的一致性分析：強連通網絡 178
4.4.4基於組合測量事件觸發機制的一致性分析：包含有向生成樹的網絡 183
4.4.5數值仿真 189
4.5本章小結 193
參考文獻 194

第5章分布式動態事件觸發控制 197
5.1概述 198
5.2基於動態事件觸發機制的主從神經網絡的量化同步 199
5.2.1模型描述 199
5.2.2基於絕對/相對輸出量化信息的事件觸發控制 201
5.2.3主從混沌神經網絡量化同步分析 203
5.2.4數值仿真 212
5.2.5基於主從混沌神經網絡量化同步的圖像保密通信機制 218
5.2.6實驗驗證及安全性分析 221
5.3基於動態事件觸發機制的多智能體繫統量化一致性 228
5.3.1模型描述 228
5.3.2基於均勻量化的動態事件觸發一致性協議設計 229
5.3.3基於均勻量化的動態事件觸發一致性分析 231
5.3.4數值仿真 236
5.4基於自適應動態事件觸發機制的多智能體繫統的一致性 238
5.4.1模型描述 238
5.4.2無領導者多智能體繫統的動態事件觸發機制 239
5.4.3無領導者多智能體繫統的一致性分析 242
5.4.4領導者-跟隨多智能體繫統的動態事件觸發機制 249
5.4.5領導者-跟隨多智能體繫統的一致性分析 251
5.4.6數值仿真 252
5.5本章小結 261
參考文獻 262

第6章完全分布式事件觸發控制 265
6.1概述 266
6.2基於狀態觀測器的多智能體繫統完全分布式同步事件觸發控制 267
6.2.1模型描述 267
6.2.2基於狀態觀測器的完全分布式同步事件驅動機制設計 268
6.2.3基於狀態觀測器的同步事件觸發控制一致性分析與設計 270
6.2.4數值仿真 277
6.3基於狀態觀測器的多智能體繫統完全分布式異步事件觸發控制 282
6.3.1基於狀態觀測器的完全分布式異步事件驅動機制設計 283
6.3.2異步事件觸發多智能體繫統的一致性分析 285
6.3.3數值仿真 292
6.4本章小結 295
參考文獻 296

第7章安全控制 299
7.1概述 300
7.2數據傳輸通道受攻擊下多智能繫統的脈衝一致性 301
7.2.1模型描述 301
7.2.2傳感器-控制器通道錯誤數據注入攻擊下多智能體繫統的脈衝一致性 303
7.2.3控制器-執行器通道欺騙攻擊下多智能體繫統的脈衝一致性 310
7.2.4數值仿真 317
7.3序列式縮放攻擊下多智能體繫統的動態事件觸發一致性 326
7.3.1模型描述 326
7.3.2序列式縮放攻擊下靜態事件觸發安全一致性分析 331
7.3.3序列式縮放攻擊下動態事件觸發安全一致性分析 339
7.3.4數值仿真 345
7.4隨機脈衝攻擊下非線性繫統的幾乎處處穩定性 351
7.4.1模型描述 351
7.4.2隨機脈衝攻擊策略 352
7.4.3幾乎處處穩定性分析 354
7.4.4數值仿真 363
7.5本章小結 366
參考文獻 367

附錄A相關知識與理論 371
A.1代數圖理論 372
A.2穩定性理論 375
A.2.1Lyapunov穩定性理論 375
A.2.2完全型Lyapunov-Krasovskii泛函 378
A.3控制相關理論 380
A.3.1量化器 380
A.3.2Krasovskii解 381

參考文獻 382

工業互聯網作為新一代信息技術與制造業深度融合的產物，通過對人、機、物、繫統等的全面連接，構建起了覆蓋全產業鏈、全價值鏈的全新制造和服務體繫，為工業乃至產業數字化、網絡化、智能化發展提供了實現途徑。在以工業互聯網為基礎的新智造模式的推動下，集感知、計算、通信、決策和控制等功能於一體的工業網絡繫統應運而生。該繫統將大量具備感知與執行能力的設備和終端，通過工業互聯網實現了信息繫統與工業物理過程的深度融合，形成了融合工業控制和信息通信的復雜動態繫統。工業網絡繫統調控的目標以多源感知數據建模為基礎，通過智能通信、智能分析與智能認知，設計基於分布式層級架構的控制、優化和決策方案，實現工業網絡繫統的全局協同優化，達到生產的最優化、流程的最簡化、效率的最大化。
傳統的基於集中式和集散式的控制方法，主要采用一個控制中心對多個終端或設備進行集中的管理和控制，繫統與控制中心進行獨立通信，控制中心能夠實時監測、收集並分析終端或設備的數據，易於實現繫統的全局優化。隨著工業繫統向大型化和復雜化發展，由於傳統方案布線復雜、計算量大且運行成本高、靈活性和擴展性差等不足，已無法滿足現代工業智能化的發展需求，傳統的控制方法正在向分布式架構轉變，即在空間中廣泛分布的子繫統通過通信網絡互聯，實現全局的協同控制與優化。基於分布式的控制方案在子繫統局部觀測的基礎上，融合了鄰居子繫統的觀測信息，且繫統針對單點故障具有魯棒性，能夠進一步實現繫統的全局優化。在未來分布式智能制造的驅動下，分布式協同控制與優化將成為工業網絡繫統的主要調控手段。由於通信網絡帶寬以及工業過程設備與終端計算資源有限，如何設計高效的通信機制與控制方案，在保證協同性能的同時有效降低繫統的通信能耗，已成為工業網絡繫統面臨的主要挑戰性問題之一。另外，隨著工業生產網絡逐漸與辦公網、互聯網以及第三方網絡的互聯互通，原本封閉可信的工業生產環境被打破，工業生產物理裝置和數據采集、傳輸、存儲等環節面臨病毒、黑客等嚴重威脅，如何在高效通信的基礎上探究工業網絡繫統的安全調控顯得尤為迫切。
本書面向工業網絡繫統通信高效性和運行安全性的實際需求，從多智能體繫統的角度，繫統地介紹了面向工業網絡繫統分布式協同控制方法。首先介紹了工業網絡繫統的內涵、架構與調控問題，概述了工業網絡繫統的分布式協同控制方案以及相關研究現狀；接著從脈衝控制、采樣控制、靜態事件觸發控制、動態事件觸發控制、完全分布式事件觸發控制和安全控制等方面詳細介紹了分布式調控策略與應用。本書內容自成體繫，旨在向讀者展示工業網絡繫統分布式協同控制的基礎理論和最新的研究方法。
本書共分為7章。第1章為緒論，首先概括介紹了工業網絡繫統的內涵、架構和調控方法，其次從多智能體繫統角度綜述了面向工業網絡繫統的分布式協同控制方法。第2～6章討論了面向高效通信的工業網絡繫統分布式協同控制，包括分布式脈衝控制、分布式采樣控制、分布式靜態事件觸發控制、分布式動態事件觸發控制以及完全分布式事件觸發控制。第7章討論了工業網絡繫統的安全控制方法，從攻擊發生的位置、攻擊序列的特征等方面介紹了最新的研究進展。
本書在創作過程中得到了許多幫助和支持，感謝華東理工大學杜文莉教授、譚帥副教授對推動書籍出版的組織和協調工作，感謝香港城市大學陳關榮教授與何永昌教授、香港大學James Lam教授、波茨坦氣候影響研究所Jürgen Kurths教授、昆士蘭科技大學田玉楚教授、東南大學楊紹富副教授與許文盈副教授、南京郵電大學王正新副教授對本書部分內容的貢獻和建議，感謝研究生袁洋、李世芬、梁琨、楊艷萍、施莉瑜、蔡晨昊、王強、劉培林對本書部分章節的資料收集與整理。
由於作者水平有限，書中難免存在疏漏與不妥之處，敬請讀者批評指正。

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