双通道受周期性DoS攻击下的NCSs事件触发控制

本文针对双通道(传感器-控制器通道、控制器-执行器通道)受到已知周期性拒绝服务(DoS)攻击的网络控制系统,设计了一种基于观测器的具有弹性事件触发策略的控制器。使用切换系统的方法,将受到周期性DoS攻击的网络控制系统分为DoS攻击休眠子系统和DoS攻击活跃子系统,在周期性DoS攻击活跃期,采用保持输入补偿策略以避免DoS攻击对传输数据的影响。通过引入两个辅助函数得到闭环增广系统,基于系统全局指数稳定的充分条件,通过给定的周期性DoS攻击参数,设计系统的状态观测器和事件触发控制器。仿真结果表明,所设计的控制器在保证系统稳定的同时,还能减少不必要的数据传输。     

周期DoS攻击下变周期切换正系统的安全控制

周期拒绝服务(DoS)攻击阻止了切换正系统的测量通道与控制通道通过网络进行信息交换.此外，系统切换行为、DoS攻击引起的混杂行为以及正性约束增加了安全控制研究的困难.针对遭受周期DoS攻击的网络化切换正系统，提出一种基于切换行为的建模方法并研究其安全控制问题.在变周期切换条件下，通过限定切换周期与DoS攻击周期的关系，构造多线性余正Lyapunov函数，并得到闭环系统为正系统以及渐近稳定条件，进而基于正系统理论设计安全状态反馈控制器.在此基础上，讨论周期DoS攻击下系统进行恒定周期切换的情形.最后，通过仿真示例验证结果的有效性.     

DoS攻击下的一类信息物理系统的保性能控制

考虑一类信息物理系统(CPS)中传感器与控制器之间的通信信道遭受随机DoS攻击,建立了一种能同时反映随机DoS攻击和信道固有随机数据包丢失对通信质量影响的统一随机干扰模型,采用基于观测器的输出反馈控制策略,研究了随机DoS攻击下CPS的保性能控制问题;利用Lyapunov函数和线性矩阵不等式得到了实现CPS指数均方稳定的充分条件,并将保性能控制器的设计转化为一个凸优化问题的求解.理论推导和数值仿真表明,文中提出的控制策略能够实现一类具有信道固有数据包丢失的CPS在DoS攻击下的保性能控制.     

具有时滞的不确定离散脉冲切换系统的保性能控制问题研究

研究了一类具有范数有界参数不确定性和定常时滞状态的离散脉冲切换系统的保性能控制问题。引入一个新的二次型性能指标,利用Lyapunov稳定性理论与线性矩阵不等式 (linear matrix inequality)方法, 给出了离散脉冲切换系统保性能控制器存在的充分条件,继而给出了该充分条件等价于一个线性矩阵不等式的可行性问题的证明,并用这组LMI的可行解给出保性能控制律的一个参数化表示。最后通过实例证实所设计控制器的有效性。     

无界DoS攻击下网络控制系统的多路径切换保护（英文）

研究了网络化控制系统在无界拒绝服务攻击下的策略设计和闭环稳定性.首先考虑到数据通信网络中通常存在多条路径,设计了一种多路径切换保护策略.该策略由执行器端DoS攻击检测模块和传感器端多路径切换模块组成,执行器端DoS攻击检测模块从正常的数据包丢失中识别DoS攻击,传感器端多路径切换模块在必要时有效切换数据传输路径.然后,给出了闭环系统全局均方渐近稳定的充分条件,并给出了相应的控制器增益设计方法.数值算例验证了所提方法的有效性.     

一类不确定离散切换广义系统的二次保性能控制

针对一类具有范数有界时变参数不确定性的线性切换广义系统,研究了其在任意切换策略下的二次稳定保性能状态反馈控制器的设计问题.结合一个二次型性能指标,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式技术,给出了此类离散切换广义系统的保性能控制器存在的一个充分条件,使得闭环切换广义系统是二次稳定的,且闭环性能指标值不超过某个确定上界.给出的保性能控制器存在的充分条件可以通过Matlab的LMI工具箱求解,适合在工程中应用.数值仿真例子说明了该方法的有效性.     

离散事件触发NCS的容错与容侵协同设计方法

针对执行器失效故障和网络攻击,在离散事件触发通讯机制(DETCS)下研究了NCS故障容错与攻击容侵的协同设计问题.首先,给出了DETCS下NCS故障容错与攻击容侵的架构,并以此为基础建立了集触发条件、执行器故障与网络攻击于一体的闭环NCS故障/攻击并存模型;其次,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,综合应用时滞系统理论、改进的Wirtinger不等式及互反凸组合引理等,推证出了NCS可容错故障/容侵攻击的完整性充分条件,进而给出了鲁棒H_∞容错/容侵控制器与事件触发矩阵的协同设计方法,达到了容错/容侵控制与网络通讯间的协同设计目标;最后,通过仿真算例验证了所得理论结果的有效性与可行性.     

拒绝服务攻击下信息物理系统事件触发广义预测控制

针对传感器到控制器通信信道上存在拒绝服务(DoS)攻击的信息物理系统的安全问题进行研究.首先,基于系统的定周期采样策略,设计了事件触发的通信策略,以减少通信资源的占用.同时,为降低DoS攻击给系统带来的不良影响,提出了一种基于预测控制的数据补偿方法,在控制器节点中,通过成功接收到的历史状态信息得到系统受攻击导致状态信息丢失情况下的状态预测值,并给出控制器反馈增益的表达式.随后,提出了事件触发预测控制下的系统闭环模型,分析了系统闭环稳定的充分条件.最后,通过仿真实例证明了该方法的有效性.     

基于混杂切换方法的离散切换系统状态反馈H∞控制

利用时变Lyapunov函数考虑离散切换系统的H∞控制问题.针对每个子系统都不稳定的问题,设计了一个同时依赖状态和时间的切换律.在该切换律下,得到了系统稳定性、l2增益性能及控制器设计的条件.当没有驻留时间约束时,该方法就退化为最小切换,故所提方法为离散切换系统的分析提供了更一般的框架.此外,去掉了对每个子系统的H∞控制问题可解性的要求.     

凸多面体不确定离散广义系统保性能控制

研究了凸多面体不确定离散广义系统的保性能控制问题, 目的是设计一个状态反馈控制器,使得闭环系统渐近稳定且相应的性能指标不超过某个确定的上界,通过构造参数依赖的Lyapunov 函数方法,得到闭环系统稳定的充分条件和保性能控制器的设计方法.     

不确定时滞脉冲切换系统的保性能控制

研究了一类参数不确定性和定常时滞的连续的脉冲切换系统在任意切换下的保性能控制问题.利用Lya-punov稳定性理论与线性矩阵不等式方法,给出了连续的脉冲切换系统的保性能控制器存在的充分条件,并把这个条件转化为一个线性矩阵不等式,便于实现.     

DoS攻击下信息物理系统事件触发保性能控制

针对信息物理系统的安全控制问题,提出拒绝服务攻击下基于事件触发的保性能控制方法.首先,考虑到拒绝服务攻击行为的随机特性,将拒绝服务攻击描述为具有固定丢包数的伯努利随机分布过程;其次,为了降低网络通信负担,采用离散事件触发通信机制对传感器的量测信息进行传输;随后,根据Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法给出拒绝服务攻击下系统稳定的充分条件,进而在给定的保性能水平下设计了基于事件触发机制的保性能控制器;最后,通过仿真实例验证了所提出控制方法的正确性和有效性.     

网络闭环系统的离散模糊控制

针对网络控制系统（NCS）存在时延的情况下如何设计控制器问题，提出了一种新的网络闭环控制系统建模方法-离散模糊T-S模型，并在此模型的基础上应用平行分布补偿原理设计了NCS模糊控制器；应用Lyapunov理论和LMI方法，研究了系统的模糊稳定控制御题，给出了基于线性矩阵不等式的不依赖时滞的状态反馈模糊控制器的设计方法，并获得了NCS模糊控制的稳定充分条件为求解一组线性矩阵不等式；通过仿真验证了该控制方法的有效性。     

网络化控制系统的新型事件触发通信与鲁棒广义H_2/H_∞容错协同设计

针对网络化控制系统(NCS)单纯依赖网络固有资源进行容错控制孤立设计方法的局限性,在分析现有离散事件触发通信机制不足的基础上,提出一种具有动稳过程共同约束的离散事件触发通信机制,并在该通信机制下建立与状态误差相关的闭环故障NCS模型;考虑参数不确定性和外界有限能量扰动的影响,基于Lyapunov稳定性理论与相关技术,给出网络通信触发权矩阵与广义H_2/H_∞指标约束下的满意容错控制器优化求解方法.通过仿真算例,验证新型离散事件触发通信机制的确能在不过分削弱系统性能的前提下,更多地节约网络通信资源,触发参数的选择也与系统性能有对应关系,为工程中选取相关参数提供便利.     

不确定离散模糊系统的保性能可靠控制

对于一类具有执行器故障的不确定离散模糊系统,研究其保性能可靠控制器设计问题。在更一般性的连续型执行器故障模型基础上,运用模糊Lyapunov函数和线性矩阵不等式(LMI)技术,推导出状态反馈保性能可靠控制器存在的充分条件,并给出了最优化可靠控制器设计的拟凸优化方法。     

区域极点和多重输出约束下的离散时间系统保性能控制

对于范数有界参数不确定线性离散时间系统,设计鲁棒状态反馈控制器,使得对所有允许的不确定性,闭环系统极点均落在给定的圆形稳定区域中,系统的某些输出指标满足给定的约束,且系统的性能指标具有最小上界.基于Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式(LMI)方法,给出鲁棒次优保性能状态反馈控制器存在的充分条件,进而提出最优保性能控制器的设计方法.通过数值算例验证该方法的可行性.     

多模型自适应PID解耦控制器

对于一类非线性、强耦合、离散时间系统,提出了基于多模型的多变量自适应PID解耦控制策略,取消了系统平衡点参数已知的条件.控制策略包括一个完全自适应PID解耦控制器,一个参数重赋值自适应PID解耦控制器,多个参数固定PID解耦控制器和一个切换机制.理论分析表明,通过合理地选择切换函数,自适应PID控制器保证系统BIBO稳定,参数重赋值自适应PID控制器和参数固定PID控制器改善系统性能.     

执行器饱和NCS的满意容错与通信的协同设计

基于离散事件触发通信机制(DETCS),研究了非均匀传输周期下具有执行器饱和的网络化控制系统(NCS)的满意容错与网络通信间的协同设计问题.通过将保持器端数据的非均匀更新周期对系统性能的影响转化到对系统时滞的影响中,建立了一个具有执行器饱和的闭环故障NCS模型,该模型将建模中的多个因素集成在一个框架下,如执行器饱和约束、执行器失效、事件触发条件、非均匀传输周期、传输时延、计算时延和控制器信息等.基于不连续的Lyapunov-Krasovskii函数、互反凸技术、线性凸组合技术及琴生不等式,为具有多种性能的闭环故障系统提出了网络通信与满意容错间的协同设计方法.借助仿真算例,验证了提出的协同设计方法的有效性,此外还对不同性能指标和DETCS中的触发参数间的相容性进行了分析.     

一类2-D离散滞后系统的非脆弱保代价控制

针对一类基于Roesscr模型状态和输入滞后的二维离散不确定非线性系统,研究了其非脆弱鲁棒保代价控制问题.系统的非线性部分满足广义Lipschitze条件,不确定性部分是范数有界的.采用Lyapunov方法分析了无不确定性和控制输入时该类系统的稳定性和代价性能,设计了非脆弱滞后状态反馈控制器,使得闭环系统渐近稳定,给出了带有滞后的代价函数和代价性能上界.所得结果为滞后非依赖的线性矩阵不等式形式.算例说明了该判据的有效性.     

工业信息物理系统间隙DoS攻击的自适应事件触发稳定控制

针对具有间隙拒绝服务（DoS）攻击的工业信息物理系统（ICPS）,研究一种基于观测器的自适应事件触发稳定控制方案。首先构造一个观测器估计系统状态,并采用一种新的自适应事件触发通信方案以节约网络资源;然后通过受频率和持续时间限制的间隙DoS攻击对ICPS的影响建立攻击模型,将受到DoS攻击的ICPS划分为DoS攻击活跃期系统和DoS攻击休眠期系统,并用一些过去成功触发状态重构当前受到攻击的状态,得到基于动态估计器的攻击补偿机制,保证系统在DoS攻击活跃期间的渐进稳定;最后运用分段Lyapunov泛函方法、Jensen’s不等式和Schur补引理,得到系统的稳定条件,并提出自适应事件触发参数、观测器增益和控制器增益的协同设计方案。用间歇反应器系统模拟间隙DoS攻击下基于自适应事件触发的ICPS系统稳定性能。仿真结果表明,自适应事件触发策略和基于动态估计器的补偿机制不仅能够提升系统的稳定性,还能有效降低数据传输的次数,系统在静态事件触发策略下的触发次数大约是在自适应事件触发策略下的4.5倍。