【摘 要】
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近年来,随着工业和信息化的深度融合,数字化经济的发展,信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPSs)作为新一代的智能系统受到了广泛的关注和研究。CPSs在实现远距离实时传感和动态控制的同时,也带来了安全性的问题。随着计算机控制网络的开放性日益增强,拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)攻击通过阻断数据传输造成的网络带宽资源被占用等问题不容忽视。另外,CPSs
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近年来,随着工业和信息化的深度融合,数字化经济的发展,信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPSs)作为新一代的智能系统受到了广泛的关注和研究。CPSs在实现远距离实时传感和动态控制的同时,也带来了安全性的问题。随着计算机控制网络的开放性日益增强,拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)攻击通过阻断数据传输造成的网络带宽资源被占用等问题不容忽视。另外,CPSs处于各种复杂的环境中,实际运行过程中经常会存在不确定性,伴有外部干扰的情况,为解决这些存在的系统问题,本文采用滑模控制方法以及事件触发机制,研究了周期性DoS攻击下CPSs的鲁棒安全控制问题。主要工作如下:(1)针对周期性DoS攻击,通过状态反馈控制的方法解决了CPSs的安全控制问题。首先,假设系统可以检测到DoS攻击的周期,并且将其建模为分段函数的形式,由此设计了一种基于时间触发的状态反馈控制器。其次,给出了能够使系统稳定的基于控制器参数、时间触发周期和DoS攻击周期的充分条件。最后,本章控制算法的有效性经仿真算例进行验证。(2)在工作(1)的研究基础上,考虑系统的控制通道中受到有界的外部干扰,采用滑模控制的方法实现周期性DoS攻击下CPSs的鲁棒镇定。首先,同样假设DoS攻击的周期性已知,并且将其建模为分段函数的形式。其次,将滑模控制律相对应的设计为分段形式,并给出基于控制器参数、攻击周期与外部干扰上限的充分条件,在该充分条件下,滑模函数具有可达性,从而实现闭环系统的稳定性。最后,本章控制算法的有效性经仿真实例进行验证。(3)基于工作(2)的控制算法,在滑模控制的基础上引入事件触发机制,在实现系统鲁棒镇定的同时,有效的节约通信和计算资源。首先,基于工作(2)所设计的线性滑模面,设计基于线性滑模面参数与状态测量误差的事件触发机制。其次,设计基于事件触发机制的滑模控制器,在满足基于事件触发阈值的充分条件下,滑模面具有可达性。同时,通过理论计算事件触发帧间时间的下限,证明了系统不会发生Zeno现象。最后,本章控制算法的有效性与优越性经仿真实例进行验证。
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