基于观测器的周期拒绝服务攻击网络化系统动态事件触发控制

针对具有周期拒绝服务(DoS)攻击的网络化系统,设计一种基于观测器的具有动态事件触发策略的控制器.首先,通过DoS攻击对网络化系统的影响建立了DoS攻击模型,采用切换系统的方法,将具有DoS攻击的网络化系统分为DoS攻击活跃子系统和DoS攻击休眠子系统.对不可测的系统状态设计状态观测器,通过在静态事件触发中引入一个内部动态参数,设计了动态事件触发机制.利用动态事件触发序列设计基于观测器状态的控制器,同时,为保证系统在DoS攻击活跃期间子系统的稳定性,将当前最后一次成功触发状态作为DoS攻击活跃的控制信号,通过引入两个辅助函数得到闭环增广系统.其次,依据Lyapunov稳定性理论、Jensen's不等式和Schur补引理,得到两个切换子系统稳定充分条件,在此基础上引入DoS攻击限制得到具有LMI形式的切换系统渐近稳定的充分条件,同时给出了状态观测器、控制器和动态事件触发协同设计的参数.最后,通过一个数值例子验证所提方法的有效性.     

DoS攻击下网络控制系统的记忆型事件触发控制

针对一类网络化控制系统，当考虑网络控制系统遭受PWM （Pulsewidth-Modulated）型DoS （Denial-of-Service， DoS）攻击时，提出一种基于缓存机制的记忆型事件触发机制策略.本文考虑的DoS攻击可检测，并且攻击的周期时长以及每周期内的最短休眠时间已知.为了减少网络控制系统中数据包的发送频次，本文设计了基于相对误差的新型事件触发策略，与传统事件触发策略相比，通过增加缓存器来有效利用已经发送的历史采样数据，最终达到改善系统动态过程的目的.接下来，综合考虑网络攻击和事件触发方案，建立了网络化切换系统模型，构造分段李雅普诺夫泛函，推导出系统指数稳定的结论并且对控制器增益及事件触发参数进行协同设计.最后，通过仿真案例，验证了所提出方法的有效性.     

DoS攻击下的信息物理系统事件触发预测控制设计

针对信息物理系统(CPS)安全控制设计问题,提出拒绝服务(DoS)攻击下具有任意有界丢包的事件触发预测控制(ETPC)方法.首先,考虑DoS攻击能量的有限性及攻击行为的任意性,将DoS攻击描述为事件触发通信机制下的任意有界丢包;其次,在控制器端利用最近一次收到的状态信息进行控制器增益序列的预测设计以补偿DoS攻击造成的数据包丢失;随后,基于Lyapunov稳定性理论及切换系统分析方法考虑了DoS攻击下CPS的安全性并给出了控制序列设计方法.所提出的ETPC设计方法只需利用最近时刻收到的状态信息,无需满足传统CPS稳定性对最大允许丢包数的约束,为大时滞CPS的稳定性分析及控制提供了有效的解决方案.最后,通过仿真实例验证所提出的基于事件触发预测控制设计方法的有效性.     

工业信息物理系统数据注入攻击的事件触发弹性控制

工业信息物理系统(ICPS)恶劣的工业环境使得无线通信网络的通信资源有限, 且通信网络的脆弱性使得系统的稳定性容易受到数据注入攻击的破坏. 本文基于输入到状态理论, 采用H1观测器、预测器和事件触发器建立基于事件触发的ICPS模型来降低通信资源的利用率, 并构造基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块进行攻击补偿, 攻击补偿模块的参数随着攻击者攻击策略不同而进行改变, 实现对数据注入攻击的弹性控制. 用matlab软件进行仿真实验, 以倒立摆作为被控对象, 模拟基于事件触发的ICPS模型受到数据注入攻击时系统的稳定性能. 仿真结果表明, 事件触发控制策略和基于改进卡尔曼滤波器的攻击补偿模块的组合不仅能够保证系统期望的稳定性, 还能有效减少数据通过无线网络传输的次数.     

自适应事件触发通信机制下机理解析与数据驱动融合的ICPS双重安全控制

针对存在拒绝服务(DoS)攻击与执行器故障的工业信息物理融合系统(ICPS),将机理解析与数据驱动方法相结合,在新型自适应事件触发通信机制下,研究双重安全控制问题.首先,设计自适应事件触发机制,能够触发参数随系统行为动态自适应变化,节约更多网络通信资源;其次,基于系统最大允许时延建立攻击检测机制,可以有效区分大、小能量DoS攻击;再次,基于极限学习机算法(ELM)建立时序预测模型,用于大能量DoS攻击时重构修正控制量,以主动容侵攻击的影响,并给出与小能量攻击时机理解析的弹性被动容侵来提升系统对攻击的防御能力;然后,借助T-S模糊理论、时滞系统理论、新型Bessel-Legendre不等式等,推证得到系统鲁棒观测器及双重安全控制器的解析求解方法,使双重安全控制与通讯性能得到折衷协同提升;最后,通过实例仿真验证所提出方法的有效性.     

具有DoS攻击非线性网络的动态事件触发控制

针对非线性网络控制系统存在的拒绝服务（DoS）攻击设计一种具有动态事件触发策略的H_∞安全控制器.首先,将DoS攻击引起的丢包影响作为触发条件的不确定性,针对这个不确定性以及在静态事件触发中引入一个内部动态参数,设计动态事件触发机制,在此基础上设计具有H_∞性能的安全控制器.然后,考虑网络通道中网络诱导时延对系统的影响,建立能够体现时延上下界信息的Lyapunov-Krasovskii泛函,依据Lyapunov稳定性理论、Young’s不等式、Schur补引理、单边Lipschitz条件、二次内有界和动态事件触发条件推导出系统存在安全控制器的条件,继续利用一些特殊导数,将双线性矩阵不等式转化为一组线性矩阵不等式,从而实现触发参数与反馈增益的协同设计,同时保证存在DoS攻击的安全性能.最后,通过一个数值例子验证所提方法的有效性.     

DoS攻击下随机系统的攻击参数依赖型观测器与控制器协同设计EI北大核心CSCD

本文研究了拒绝服务攻击下网络随机控制系统的攻击参数依赖型观测器与控制器协同设计问题.首先,将拒绝服务(DoS)攻击建模为周期脉宽调制干扰信号,并构造了Luenberger观测器来估计不可测的系统状态.其次,设计了基于观测器的控制器,提出一种新的切换随机系统模型.然后,引入DoS攻击参数依赖型随机时变李雅普诺夫函数分析切换随机系统.给出了切换随机系统均方指数稳定的判据,并使闭环系统具有L_(2)增益性能水平.同时通过应用矩阵不等式技术,给出了攻击参数依赖型观测器与控制器的协同设计方案.最后,以一种飞行器系统为例,验证了该方案的有效性.     

马尔可夫信息物理系统拒绝服务攻击安全控制

研究了马尔可夫跳变信息物理系统（CPSs）在模态依赖拒绝服务（DoS）攻击下的安全控制问题.提出了一种新颖的模态依赖事件触发策略来减少网络资源消耗.特别地，DoS攻击被设置为依赖系统模态，从而更贴近实际的应用.基于Lyapunov Krasovskii泛函方法建立了闭环系统在DoS攻击下渐近一致有界的充分性条件.更进一步，根据矩阵技术设计了所需的安全控制器.最后，通过一个实例说明了该方法的有效性.     

混合攻击下直流微电网的FDI估计与模糊控制联合设计

研究基于T-S模糊模型的直流微电网(DC-MG)系统在拒绝服务(DoS)和虚假数据注入(FDI)混合攻击下的协同估计控制框架.考虑网络化T-S模糊模型和并行分布补偿(PDC)模糊控制规则中的非均匀时间尺度,建立DC-MG系统的T-S模型.为了放宽现有的DoS攻击模型通常假定攻击的频率和持续时间均有限的要求,在攻击信号的休眠和活跃期的已知范围内提出一种新的DoS攻击模型.同时,构造一个切换脉冲观测器来估计由外部动态系统产生的未知FDI攻击信号.然后,利用依赖于攻击参数的时变Lyapunov函数方法,导出系统在混合攻击下的指数稳定性判据.此外,基于线性矩阵不等式给出了模糊控制器和FDI攻击观测器的联合设计方法.最后,通过案例研究验证了所提出理论结果的有效性.     

基于事件触发控制的二阶多智能体的一致性

研究二阶多智能体系统在固定有向拓扑下的一致性问题。为减少不必要的网络带宽资源的浪费,给出一种基于事件触发控制的一致性算法。该算法基于状态误差对系统中的所有个体建立事件触发函数,使得个体之间的信息通讯和控制信号更新仅在事件触发时刻进行。采用矩阵理论和模型变换思想对系统进行了分析和转化,并利用Lyapunov理论给出了系统达到渐近一致的充分条件。仿真结果验证了理论方案的有效性。     

Adaptive Memory Event-Triggered Observer-Based Control for Nonlinear Multi-Agent Systems Under DoS Attacks

This paper investigates the event-triggered security consensus problem for nonlinear multi-agent systems (MASs) under denial-of-service (DoS) attacks over an undirected graph. A novel adaptive memory observer-based anti-disturbance control scheme is presented to improve the observer accuracy by adding a buffer for the system output measurements. Meanwhile, this control scheme can also provide more reasonable control signals when DoS attacks occur. To save network resources, an adaptive memory event-triggered mechanism (AMETM) is also proposed and Zeno behavior is excluded. It is worth mentioning that the AMETM’s updates do not require global information. Then, the observer and controller gains are obtained by using the linear matrix inequality (LMI) technique. Finally, simulation examples show the effectiveness of the proposed control scheme.      

Event-triggered containment control for multi-agent systems under hybrid cyber attacks

This paper studies event-triggered containment control problem of multi-agent systems (MASs) under deception attacks and denial-of-service (DoS) attacks. First, to save limited network resources, an event-triggered mechanism is proposed for MASs under hybrid cyber attacks. Different from the existing event-triggered mechanisms, the negative influences of deception attacks and DoS attacks are considered in the proposed triggering function. The communication frequencies between agents are reduced. Then, based on the proposed event-triggered mechanism, a corresponding control protocol is proposed to ensure that the followers will converge to the convex hull formed by the leaders under deception attacks and DoS attacks. Compared with the previous researches about containment control, in addition to hybrid cyber attacks being considered, the nonlinear functions related to the states of the agents are applied to describe the deception attack signals in the MAS. By orthogonal transformation of deception attack signals, the containment control problem under deception attacks and DoS attacks is reformulated as a stability problem. Then, the sufficient conditions on containment control can be obtained. Finally, a set of simulation example is used to verify the effectiveness of the proposed method.     

Robust event‐triggered model predictive control for cyber‐physical systems under denial‐of‐service attacks

This paper investigates the resilient control problem for constrained continuous‐time cyber‐physical systems subject to bounded disturbances and denial‐of‐service (DoS) attacks. A sampled‐data robust model predictive control law with a packet‐based transmission scheduling is taken advantage to compensate for the loss of the control data during the intermittent DoS intervals, and an event‐triggered control strategy is designed to save communication and computation resources. The robust constraint satisfaction and the stability of the closed‐loop system under DoS attacks are proved. In contrast to the existing studies that guarantee the system under DoS attacks is input‐to‐state stable, the predicted input error caused by the system constraints can be dealt with by the input‐to‐state practical stability framework. Finally, a simulation example is performed to verify the feasibility and efficiency of the proposed strategy.     

Event‐triggered predictive control for networked control systems with network‐induced delays and packet dropouts

This paper presents an event‐triggered predictive control approach to stabilize a networked control system subject to network‐induced delays and packet dropouts, for which the states are not measurable. An observer‐based event generator is first designed according to the deviation between the state estimation at the current time and the one at the last trigger time. A predictive control scheme with a selector is then proposed to compensate the effect of network‐induced delays and packet dropouts. Sufficient conditions for stabilization of the networked control system are derived by solving linear matrix inequalities and the corresponding gains of the controller and the observer are obtained. It is shown that the event‐triggered implementation is able to realize reduction in communication and save bandwidth resources of feedback channel networks. A simulation example of an inverted pendulum model illustrates the efficacy of the proposed scheme.     

Event-triggered model predictive control of switched systems with denial-of-service attacks

Observer-based model predictive control (MPC) for the discrete-time switched systems suffered by event-triggered mechanism and denial-of-service (DoS) attacks is discussed in this paper. We assume that the switch is slow enough and the attacker's energy is limited. To save network resources, an event-triggered mechanism is designed based on dwell time and triggered error. Under the coupled influence of attack and trigger, a complex mismatch of system mode and controller mode occurs, which brings difficulties to the transformation of MPC optimization problem. To address this problem, a new performance index coefficient is designed by using the increasing/decreasing law of Lyapunov function. On this basis, the transformation of the optimization problem is realized. Then, the controller gain and observer gain for the attack-free case are designed to guarantee the exponential convergence of the closed-loop system. In the presence of attacks, we obtain the upper bound of attack duty cycle, below which the exponential convergence of the system can still be archived. An example is illustrated at last to verify the validity of the main results.     

网络串级控制系统的事件触发控制器设计

为了减少有限网络带宽不必要的浪费,针对一类网络串级控制系统,首次引入事件触发机制,并在此基础上考虑系统的串级控制器设计问题,通过对系统稳定性进行分析,设计可靠的主控制器和副控制器.考虑信号传输造成的时延影响,首先建立带有事件触发机制的网络串级控制系统数学模型;然后利用李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式技术,给出基于事件触发机制的系统稳定的充分条件,并且设计相应的主控制器和副控制器;最后通过仿真实例验证所提出的方法在网络串级控制系统中的有效性,即引入事件触发机制后,设计的主、副控制器使得在系统稳定的前提下,信号传输的间隔变大,从而减小网络的拥塞,提高网络带宽的有效利用率.     

拒绝服务攻击下直流微电网的事件触发控制

本文研究受拒绝服务攻击下直流微电网的事件触发控制问题. 考虑到直流微电网的状态并不总是可获得, 设计了一个观测器来估计直流微电网的状态. 基于观测器的估计状态, 对于受拒绝服务攻击的直流微电网设计了一种新颖的弹性攻击的事件触发控制器. 所提出的控制器设计方法可以通过分离方法转化成一个凸问题. 此外, 在所设计的事件触发机制中, Zeno行为也被讨论并且通过矛盾法被排除. 最后, 一个实际的电网例子被用来验证所提出的控制方案的有效性.     

事件触发下的网络化系统非脆弱耗散控制方案

针对带宽资源有限、存在系统外部干扰以及参数不确定性的问题,提出了一种基于事件触发的网络化系统非脆弱耗散控制方案。首先,在网络化控制系统（NCS）模型的基础上,提出了一种非周期采样的事件触发方案,并建立一个时滞闭环系统模型;然后,利用锯齿波的结构特点构造新型双边李雅普诺夫泛函;最后,结合杰森不等式、自由权矩阵、凸组合等方法,导出保证系统稳定性的充分条件,并计算出反馈控制器的增益。数值仿真结果证明,所设计的双边泛函比用单边泛函具有更小的保守性,事件触发机制与普通采样机制相比能够节约带宽,且所设计出的控制器具有可行性。