[发明专利]一种安全事件驱动器与SDOFR控制器协同设计方法

说明书

本发明公开了一种安全事件驱动器与SDOFR控制器协同设计方法，包括以下步骤：A:建立不确定性对象模型、周期DoS攻击模型及安全事件驱动器模型；B:建立切换动态输出反馈鲁棒控制器模型，并建立多约束下的闭环切换系统模型；C：设计在多约束下的安全事件驱动器与切换动态输出反馈鲁棒控制器协同设计条件，求出安全事件驱动器参数及切换动态输出反馈鲁棒控制器增益矩阵，最终得到多约束下同时满足系统通信与控制需求的安全事件驱动器和切换动态输出反馈鲁棒控制器。本发明能够保证系统的指数稳定性，还能够节约网络带宽等系统受限资源，并能够避免周期DoS攻击诱导丢包现象和芝诺现象；同时解除了对象状态完全可测的假设限制。

技术领域

本发明涉及网络化控制系统领域，尤其涉及一种周期拒绝服务(denial ofservice,DoS)攻击下安全事件驱动器与切换动态输出反馈鲁棒(switched dynamicoutput feedback robust,SDOFR)控制器协同设计方法。

背景技术

网络化控制系统是将共享通信网络引入控制闭环的复杂分布式控制系统，其空间分布的系统组件(如传感器、控制器和执行器)通过共享通信网络传输信息，具有柔性高、成本低及安装维护方便等优点，广泛应用于智能电网、智慧交通、无人机等领域。为了使用发展成熟的周期采样理论进行系统分析，网络化控制系统通常采用周期采样控制策略，该策略忽略系统动态，按照固定采样周期实施按时控制。为了在最坏情况下仍然保证系统性能，采样频率通常设置较高。但实际中最坏情况较少发生，高采样率通常导致冗余采样和非必要性控制，浪费网络带宽等系统受限资源，极大影响系统性能。为了节约网络带宽等系统受限资源，事件驱动控制策略应用于网络化控制系统，该策略仅在满足事件驱动条件时实施控制。不同于周期采样控制策略忽略系统动态进行按时控制，事件驱动控制策略根据系统动态进行按需控制，既能保证系统性能，又能节约网络带宽等系统受限资源。虽然共享通信网络为网络化控制系统带来了诸多便利，但也使系统面临网络攻击的重大安全威胁，网络攻击主要分为DoS攻击和欺骗攻击，DoS攻击通过阻塞通信网络，禁止数据包传输；欺骗攻击通过篡改数据包内容，产生虚假数据包。其中，DoS攻击具有易实施、难检测等特点，对网络化控制系统威胁严重，尤其对使用时间槽通信网络(如时分复用网络)的网络化控制系统危害更大，本发明研究的周期DoS攻击属于DoS攻击的一种重要类型。

事件驱动网络化控制系统中，数据包仅在系统性能需求时进行必要性传输，若数据包传输被周期DoS攻击阻断，系统性能极易恶化，甚至崩溃。然而，现有研究重点关注如何设计事件驱动器以最大化节约系统资源，较少考虑周期DoS攻击影响。因为周期DoS攻击会导致数据包丢包现象，因此，现有研究中不考虑周期DoS攻击影响的事件驱动器及控制器设计方法通常不适用于考虑周期DoS攻击情形。另外，现有研究通常假设对象状态完全可测，并设计状态反馈控制器以镇定系统，然而实际中对象状态通常不能直接测量。

此外，对实际网络化控制系统建立数学模型时，通常需要对实际系统进行抽象简化等处理，可能引入一定程度的对象不确定性，而且系统自身可能存在的各类故障也会导致对象不确定性，因此，对象不确定性在网络化控制系统中普遍存在，通常导致系统性能恶化。虽然现有研究针对不确定性对象提出了鲁棒控制方法，但较少考虑周期DoS攻击、事件驱动器和对象状态不能直接测量影响。

为了解决上述问题，同时考虑周期DoS攻击、事件驱动器、不确定性对象及对象状态不能直接测量多约束影响，本发明提出了周期DoS攻击下安全事件驱动器与切换动态输出反馈鲁棒控制器协同设计方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种周期DoS攻击下安全事件驱动器与切换动态输出反馈鲁棒控制器协同设计方法，协同设计的切换动态输出反馈鲁棒控制器能够保证系统的指数稳定性，解决了之前系统在周期DoS攻击和不确定性对象多约束下不能稳定的问题；协同设计的安全事件驱动器能够节约网络带宽等系统受限资源，并能够避免周期DoS攻击诱导丢包现象和芝诺现象；协同设计方法基于对象测量输出进行设计，解除了对象状态完全可测的假设限制。

本发明采用下述技术方案：