基于卡尔曼滤波的电力虚假数据注入攻击检测方法

能源互联网的主体是基于状态估计下的电力系统。虚假数据注入攻击（FDIA）通过恶意篡改或注入电力数据,进而引发错误的状态估计结果。这种攻击方式存在引发大面积停电事故的风险,严重影响能源互联网的正常运行。在matpower 4.0中的IEEE-14节点系统上,利用以残差方程为基础的标准残差检测法和目标函数极值法,对FDIA进行了检测实验。提出了一种基于卡尔曼滤波的FDIA检测方法,并在MATLAB上进行了验证。实验结果表明,该方法可以在短时间内发现FDIA的发生。     

考虑电压控制的信息物理协同攻击模型

随着电力信息物理系统的高度融合,信息物理协同攻击对电网的运行构成巨大的威胁。基于完全信息下的攻防策略,构建了考虑电压控制的两阶段协同攻击模式。首先分析了针对电压控制的虚假数据注入攻击;然后建立了信息物理协同攻击双层优化模型,上层模型优化物理和信息攻击点;为考虑物理攻击后果对信息攻击实施的影响,下层为模拟物理和信息攻击下的二阶段攻防模型;最后,以改进的IEEE14、IEEE57节点系统为例,对所提模型进行仿真验证。仿真结果表明,协同攻击较单一打击更加有效、隐蔽,物理攻击点的选择和系统负荷的大小都能影响协同攻击的效果;并揭示了随机物理打击下最优信息打击点的特征,为防御此类协同攻击提供参考。     

基于扩张状态观测器的机械臂滑模控制

为了解决机械臂在外部干扰和自身参数不确定性情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扩张状态观测器（ESO）的机械臂滑模控制方法.针对干扰信号,设计扩张状态观测器对系统的总扰动进行估计;将估计出的扰动值引入基于机械臂动力学方程设计出的滑模控制律中,完成了对机械臂轨迹跟踪控制方法的设计;最后,利用Lyapunov函数验证了系统的稳定性.仿真结果表明：基于扩张状态观测器的机械臂滑模控制可以克服外部扰动和自身参数的不确定性,使系统具有较好的鲁棒性,控制机械臂能较好地跟踪给定轨迹.     

电网虚假数据注入攻击的非线性分析模型

针对量测系统的恶意网络攻击是危及电力系统安全运行的重要因素之一,研究网络攻击者对量测系统的攻击行为以及该行为造成的破坏,能够为量测系统配置的改进提供决策依据。提出了电网虚假数据注入攻击的非线性分析模型,该模型的目标函数是恶意攻击后的量测值与实际量测值差别最大化,约束条件包括量测值攻击范围约束和避开状态估计不良数据检测的残差约束。针对该非线性规划模型的特点,在GAMS上实现模型编程,并调用非线性规划求解器BARON进行求解,算例分析结果表明恶意的虚假数据注入攻击能够危害电力系统的安全经济运行,且危害程度远大于随机的虚假数据注入攻击,验证了本文所提出模型和方法的有效性。     

基于扩张状态观测器的电力系统混沌滑模控制

针对电力系统遭受较大周期性扰动时出现的混沌现象,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模控制方法。设计扩张状态观测器观测系统的状态变量,通过定义扩张状态变量将外部扰动近似为1个已知量,简化滑模控制器的设计过程,实现系统的快速收敛。并采用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:该控制方法能够有效地控制电力系统混沌振荡,并缩短受控系统的收敛时间。     

基于扩张状态观测器的并网MMC无源滑模控制方法

提出了一种基于扩张状态观测器的无源滑模控制（ESOPBSMC）方法,用于提升网侧故障等扰动条件下并网模块化多电平换流器（MMC）的控制性能。该方法从能量角度注入无源阻尼和引入滑模以确保系统渐近稳定,并加速系统收敛,然后通过扩张状态观测器（ESO）观测并补偿各扰动项,以增强系统对干扰的主动抑制能力。仿真结果表明,相较于传统PI控制和PBSMC方法,所提方法具有更快的电流跟踪速度、更强的鲁棒性和更好的环流抑制效果。     

基于自适应神经网络滑模观测器的容错控制

针对机电伺服系统可能发生的故障,提出基于自适应神经网络滑模观测器的快速终端滑模容错控制策略.在自适应滑模观测器中引入神经网络估计故障,以提高故障发生时观测器的状态估计精度和故障检测准确性.利用观测器的状态估计值进行状态重构,结合参数自适应技术和快速终端滑模控制方法设计主动容错控制器.针对参数不确定性设计参数自适应率进行估计,并利用前馈补偿技术补偿故障和参数不确定性.针对未知上界的扰动设计具有自适应增益的鲁棒项.利用Lyapunov定理证明所提出的控制方法可以实现系统有界稳定,大量仿真和实验结果验证了控制器在系统发生故障时具有良好的容错能力、控制精度和响应速度.     

基于观测器的柔性关节机械臂滑模控制

柔性机械臂在运动过程中会产生如扭曲、弹性、剪切等形变,给柔性机械臂的分析和控制带来困难。为了满足柔性机械臂高性能的控制要求,提出将基于观测器的滑模控制方法用于柔性机械臂中,设计一个观测器观测柔性机械臂系统各个状态变量,并且采用滑模变结构设计控制器。仿真结果表明,基于观测器的柔性关节机械臂滑模控制方法能够很好地观测到系统各个状态变量,且状态估计误差趋近于零,满足柔性臂的快速跟踪性要求,具有很好的实践意义。     

基于采样数据观测器控制设计

为预测采样系统实际状态,本文基于采样数据构造系统状态观测器,研究了线性系统基于采样数据观测器反馈镇定问题。先给出线性系统采样观测器的设计,并利用李雅普诺夫泛函方法,结合线性矩阵不等式技术,给出采样数据观测器和控制器设计方案,并通过仿真算例进行验证,仿真结果表明,在同一时刻,系统的状态能够及时达到稳定,证明本文所设计的控制器是有效合理的。     

滑模观测器在卫星姿控系统故障诊断中的应用

为提高卫星系统的可靠性,研究了基于观测器的卫星姿态控制系统执行机构故障诊断问题.考虑卫星姿态控制系统的不确定性及外界干扰,设计一种鲁棒自适应滑模观测器,采用Lyapunov函数作为稳定观测器的判别条件,保证了观测器的存在,利用设计的观测器对执行机构的故障进行重构从而达到故障诊断的目的.建立卫星闭环姿态控制系统模型并对算...     

基于神经网络干扰观测器的Terminal滑模控制

针对一类非线性不确定系统,通过构建动态干扰观测器系统,提出一种快速神经网络干扰观测器。根据干扰观测误差在线调节神经网络权值,实现对未知综合干扰的逼近,逼近误差一致最终有界。基于神经网络干扰观测器设计了自适应Terminal滑模控制方案,严格证明了闭环系统状态在有限时间内收敛到零,从而提高了状态的收敛速度。最后,通过一个倒立摆的仿真例子,验证了系统的快速性和神经网络干扰观测器的逼近能力。     

基于扩张状态观测器估计的混合动力汽车协调控制

为了提高功率分流式混合动力汽车模式切换的稳定性,提出干扰补偿的转矩协调控制策略. 针对发动机动态响应振荡及车辆行驶工况多变的问题,设计多变量线性扩张状态观测器,从频域角度验证了观测器对于上述2种干扰的估计精确性. 研究不同干扰对基础电机补偿控制稳定性的影响,指出负载干扰对车辆模式切换响应的影响最大,引起的切换冲击最大可至24.5 m/s³. 提出基于干扰补偿的动力源转矩再分配算法,开展仿真验证. 结果表明,该协调控制策略在受到明显的外界干扰时能够保证系统的稳定性及模式切换的平顺性.     

基于扩张观测器的航天器无速度旋量信息姿轨一体化控制

针对在轨飞行期间无法精确获得速度信息(角速度与质心速度)的情况,设计了基于扩张状态观测器的航天器姿轨一体化控制器.首先给出了基于对偶四元数的航天器姿轨一体运动学与动力学模型;然后针对速度旋量信息缺失的情形并考虑模型参数误差与外界扰动设计了扩张状态观测器,并利用Lyapunov稳定性定理分析观测误差的有限时间收敛性;最后...     

一类线性参数变化时滞系统的鲁棒滑模控制

研究了一类线性参数变化连续时间系统的稳定性、状态反馈镇定和滑模控制问题.通过引入适当加权矩阵变量寻找Le ibn iz-Newton公式各项之间的关系,从而直接地处理系统中的时滞状态项,避免了常规应用Le ibn iz-Newton公式进行模型变换的间接方法所带来的较大保守性.基于参数线性矩阵不等式方法提出了该类系统参数二次稳定的时滞相关的新条件.基于该条件研究了该类系统的状态反馈镇定和滑模控制问题.分别提出了镇定控制器设计条件和滑动模态存在条件,并设计了滑模控制器,保证了闭环系统的参数二次稳定.仿真实例证明了该设计方案的可行性.     

攻击与故障共存的ICPS综合安全控制方法

针对同时存在假数据注入（FDI）攻击与执行器故障的工业信息物理融合系统（ICPS）,在离散事件触发机制（DETCS）下,综合应用Lyapunov稳定性理论及更具少保守性的仿射Bessel-Legendre不等式,研究执行器故障与FDI攻击估计、综合安全控制与通讯协同设计问题. 从主动防御攻击的态势入手,综合考虑通讯资源与计算资源的高效利用与合理分配,给出DETCS下的ICPS综合安全控制架构,将鲁棒估计器与综合安全控制器的设计统一于同一非均匀数据传输机制下. 将执行器故障与FDI攻击增广为同一向量,给出系统状态、增广故障鲁棒估计器的设计方法. 基于所得估计结果并结合事件触发条件,对执行和传感双侧网络中的FDI攻击分别采用分离与补偿的防御策略,对执行器故障进行故障调节,给出综合安全控制器设计方法,实现对FDI攻击和执行器故障主动容侵和主动容错的综合安全控制与通讯协同设计. 通过数值算例和四容水箱实例,仿真验证了提出方法的有效性.     

基于神经元自适应调节的液压伺服系统滑模变结构控制

基于滑模特点和神经元的学习特性 ,提出一种基于神经元自适应调节的滑模变结构控制策略 ,并把它应用于一液压非线性伺服系统的位置控制 .仿真实验结果表明 ,所提出的控制策略可行 ,对进一步改善滑模变结构控制系统的动态特性和鲁棒性 ,以及削弱滑模控制抖振现象具有明显积极作用 ,是一种有效的控制方法