基于事件触发的受攻击网络控制系统的稳定性研究

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近些年,事件触发机制下的网络控制系统受到网络攻击的研究等问题,引起了国外与国内学者们的广泛关注,而在各种网络攻击中,拒绝服务攻击(Denial-of-Service Attacks,DoS)被认为是最有可能对NCS的性能产生重大影响的网络攻击类型。有关事件触发问题的现有结果并没有考虑DoS攻击和控制器变化的发生,这会降低所寻址系统的控制性能。基于现有的成果中仍然有如下的局限性:第一:多数现有成果只研究了传感器端存在DoS攻击的情况,很少研究控制器与传感器端均有DoS攻击的情况;第二,现有成果很少研究事件触发机制、DoS攻击以及控制器的联合设计方法。为了对上述的局限进行改进,新型双端弹性事件触发机制的研究是很有必要的。在存在DoS攻击的状况下,改进现有的事件机制,提出更高效的事件机制,提高系统的抗干扰能力,同时对事件触发机制、DoS攻击与控制器之间的协同问题进行一定量的研究。本文的主要内容如下:(1)针对有无DoS攻击的网络控制系统,研究了双端弹性事件触发的DoS攻击状态反馈下网络控制系统的稳定性问题。首先,本文提出了一种新的双端弹性事件触发传输方案。其次,将DoS攻击模型引入到控制系统中。然后,同时考虑双端弹性事件触发机制、DoS攻击及影响网络性能的参量,建立了闭环切换系统模型。获得了系统H∞性能的稳定性判据,求得了弹性事件机制和控制器的参数。最后,仿真表明,所提方法能很好地满足控制性能要求,抵消已知的周期性DoS攻击,不仅节约了大量的资源,还使得系统抵抗扰动的能力大幅度提升。(2)由于被控的对象状态通常是不能够直接测量的,并且网络控制系统存在DoS攻击的情况,本文研究了双端弹性事件触发的DoS攻击输出反馈下NCSs的稳定性问题。首先,本文提出了依靠输出对象和控制器信息一种新的双端弹性事件触发传输方案。其次,基于双端弹性事件触发机制和DoS攻击模型,建立了闭环切换系统模型。然后,保证了系统H∞性能的稳定性判据,将双端弹性事件机制及动态输出的控制器进行了设计。最后,通过仿真,检验了本文提出的双端弹性事件触发机制,不仅能抵消DoS攻击干扰带来的影响、节约网络资源,还能更好的确保系统的性能。(3)针对受DoS攻击的网络控制系统,本文将双端弹性事件触发控制、DoS攻击与量化反馈控制相结合,研究了双端弹性事件触发的DoS攻击量化反馈的NCS的稳定性问题。首先,本文提出了一种新的双端弹性事件触发传输方案。第一,在控制器和传感器的端口依次引入了对应的对量化器。第二,将DoS攻击、弹性事件触发、网络时延以及量化机制引入系统中,建立闭环切换模型。然后,保证了系统H∞性能的稳定判据,完成了量化控制器的设计,且获得了弹性事件触发机制和控制器的参数。最后,仿真算例表明,该方法能很好地满足控制性能的要求,抵消已知的周期性DoS攻击,不仅节约了有限的资源,还提高了系统的抗干扰能力。
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