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...     

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.     

DoS攻击下基于切换Luenberger观测器的冗余控制

研究了DoS攻击下网络化控制系统基于观测器的控制器设计问题.首先,提出了一种具有多个增益的切换Luenberger观测器,实现了无DoS攻击时系统状态的间歇性估计.根据获得的估计值,控制器同时计算了系统当前以及未来一段时域的控制信号,并将其封装在一个数据包中发送给执行器,保证了系统在有无DoS攻击时都有合适的控制输入更新.其次,利用构造的切换系统对DoS攻击下观测器与控制器的不同动态进行了统一的建模,基于多Lyapunov函数方法推导了任意切换律下系统指数稳定的充分条件,并给出了相应的观测器与控制器设计方法.最后,通过网络化倒立摆系统的实验验证了所提方法的有效性.     

拒绝服务攻击下网络化非线性系统的采样数据控制

本文研究了在拒绝服务攻击下网络化非线性系统的采样数据输出反馈控制问题.首先,为了避免使用完整的状态信息,在存在拒绝服务攻击的情况下设计了一种新颖的切换观测器.其次,同时考虑两个采样周期和拒绝服务攻击的影响,建立了一个新的切换增广系统模型,包括系统本身和误差系统.利用该模型和分段Lyapunov-Krasovskii泛函方法推导出保证切换增广系统是指数稳定的充分条件.进一步,利用线性矩阵不等式的解给出了观测器和控制器增益的共同设计方案.最后,通过仿真验证所提出控制方法的有效性.     

基于观测器的多智能体系统安全一致性控制

针对混合攻击下多智能体系统基于观测器的事件触发一致性问题,设计观测器以估计智能体不可测的状态,引入事件触发机制以减少智能体的通信频次与控制器的更新频次。首先,考虑拒绝服务(DoS)攻击和重放攻击同时存在的情况,建立数学模型,并设计基于观测器的事件触发一致性控制协议。其次,针对不同的攻击情况,建立误差切换系统模型,并且采用分段Lyapunov函数方法得出误差系统均方指数稳定的充分条件。然后,通过求解一系列线性矩阵不等式,给出一致性控制器、观测器与事件触发参数的设计方法。最后,通过仿真实例证明了所提方法的可行性。     

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.     

列车控制系统的抗拒绝服务攻击弹性控制策略

当遭受拒绝服务(DoS)攻击时,分布式列车控制系统的弹性控制问题受到广泛关注.本文提出了一种基于分布式领导车状态观测器和障碍李雅普诺夫函数的弹性控制策略,不仅可以避免列车碰撞,同时实现了编队控制的目标.首先,给出了一种分布式的领导车状态观测器设计方法,用于实时估计领导车的状态.理论分析表明,在DoS攻击满足一定约束的条件下,该状态观测器的估计误差具有指数稳定特性.在此基础上,通过将列车碰撞避免问题转化为状态受限问题,提出一种基于障碍李雅普诺夫函数的状态受限控制律,解决了DoS攻击下确保碰撞避免的车队控制问题.最后,数值仿真证实了本文方法的有效性.     

DoS干扰攻击下的信息物理系统状态反馈稳定

基于网络的工业控制系统作为信息物理系统(CPSs)的一种重要应用正迅猛发展.然而,近年来针对工业控制系统的恶意网络攻击引起了人们对CPS安全问题的广泛关注.拒绝服务(DoS)干扰攻击作为CPS中最容易发生的攻击方式得到了深入研究.对此,提出一种能量受限的、周期的DoS干扰攻击模型,攻击的目的是增大无线信道发生数据包随机丢包的概率.基于一类CPS简化模型,考虑CPS中传感器与控制器(S-C)之间无线信道同时存在DoS干扰攻击和固有随机数据包丢失的情况,采用状态反馈,基于随机Lyapunov函数和线性矩阵不等式方法得到可以保证系统稳定的充分条件,并利用系统稳定的充分条件和锥补线性化算法设计控制器.最后,通过两个数值仿真例子验证所提出控制策略的有效性.     

复杂协同攻击下一类非线性系统的分布式一致性滤波器设计

针对复杂协同攻击下一类非线性系统的状态估计问题,提出一种分布式一致性递推滤波算法.首先,将拒绝服务攻击(denial of service, DoS)和虚假数据注入攻击(false data injection, FDI)现象描述为两个随机Bernoulli序列,并利用统一的框架建立包含DoS和FDI的复杂协同攻击模型;然后,基于一致性理论设计具有分布式结构的递推滤波器,计算最优滤波器增益,并推导该滤波器估计误差满足均方有界的充分必要条件;最后,利用室内机器人的定位问题进行验证,仿真结果验证了所提出滤波器算法的有效性.     

DoS攻击下多自主体系统的事件触发安全控制

针对拒绝服务(DoS)攻击下的时变多自主体系统,在有限域内研究事件触发安全一致性问题。在信息传输过程中,拒绝服务攻击同时存在于测量和控制通道中。将拒绝服务攻击看作是驻留时间切换机制,增广系统转化为包含一个稳定子系统和一个不稳定子系统的离散驻留时间切换系统。为提高通信资源利用率,采用状态依赖阈值的事件触发机制来更新控制输入信号。基于多Lyapunov函数方法,以线性矩阵不等式形式给出系统一致指数稳定且具有期望H∞性能的两个充分条件以及可行的控制器增益。仿真实例验证了发生拒绝服务攻击时,多自主体系统仍然可以实现安全一致性。     

Sampled‐data output feedback stabilization for a class of switched stochastic nonlinear systems

This paper investigates a global sampled‐data output feedback stabilization problem for a class of switched stochastic nonlinear systems whose output and system mode are available only at the sampling instants. An observer is designed to estimate the unmeasurable state and thus a sampled‐data controller is constructed with the sampled estimated state. As a distinctive feature, a merging virtual switching signal is introduced to describe the asynchronous switching generated by detecting the system mode via a sampler. By choosing an appropriate piecewise Lyapunov function, it is proved that the proposed sampled‐data controller with allowable sampling period can stabilize the considered switched stochastic nonlinear systems under an average dwell‐time condition. Finally, two simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

DoS攻击下基于多率采样的多智能体系统安全一致性

本 文 研 究 了 一 类 带 有 多 率 采 样 的 线 性 多 智 能 体 系 统(Multiagent Systems, MASs)在 拒 绝 服 务(Denial-of-Service, DoS)攻击下的安全一致性控制问题, 其中DoS攻击通常阻断智能体之间的信息传输. 本文将多 率采样在网络化控制系统中的结果推广到了多智能体系统, 并考虑了非理想通信网络环境. 首先, 通过引入一个匹 配机制来同步由多率采样引起的智能体不同状态分量的采样数据. 然后, 在DoS攻击下, 针对带有多率采样的线 性MAS提出了一个基于多率采样的安全一致性控制器. 通过使用李雅普诺夫稳定性理论和切换系统方法, 获得了 包含DoS 攻击持续时间以及攻击频率的安全一致性充分条件. 最后, 给出了一个仿真例子来验证所提方法的有效 性, 并给出了多率采样与单率采样机制的性能对比分析.     

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.     

基于DoS攻击能量分级的ICPS综合安全控制与通信协同设计

针对一类有限能量拒绝服务（denial of service,DoS）攻击与执行器故障共存的工业信息物理系统（industry cyber-physical system,ICPS）,研究了综合安全控制与通信协同设计问题。首先,考虑单侧网络遭受DoS攻击的情形,构建了ICPS综合安全控制架构,并从防御者的视角通过分析不...     

Feedback passification of switched stochastic time‐delay systems with multiple disturbances via DOBC

This paper is concerned with the problem of feedback passification for switched stochastic time‐delay systems with multiple disturbances subject to mode‐dependent average dwell‐time switching. The multiple disturbances are composed of two parts: one is given through an exogenous system and the other is described in the form of norm‐bounded vector. A disturbance observer is constructed to estimate an exogenous disturbance. Then, a state feedback controller that includes the estimation value is designed to guarantee the passivity of the closed‐loop system. The observer and controller gains are developed via linear matrix inequalities. The effectiveness of the proposed method is verified through a numerical example and an application example to PWM‐driven boost converter.     

Observer‐based tracking control for switched stochastic systems based on a hybrid 2‐D model

This paper is concerned with the observer‐based output tracking problem for a class of linear switched stochastic systems with time delay and disturbance by using repetitive control approach. More precisely, a two‐dimensional hybrid model is incorporated to obtain and optimize the repetitive controller. In particular, the repetitive controller is used to improve the tracking performance through its continuous learning actions. In addition, an equivalent‐input‐disturbance estimator is incorporated into the repetitive control design approach to reduce the effect of the external disturbances. The main aim of the control design is to track the periodic reference signal with the measured output of the system under consideration even in the presence of an unknown bounded disturbance. By constructing a suitable Lyapunov‐Krasovskii functional and using average dwell time approach and Jensen inequality, sufficient conditions are obtained in terms of linear matrix inequalities to guarantee the mean‐square exponential stability of the considered system. Eventually, a numerical example is provided to demonstrate the effectiveness of the developed method.     

DoS攻击下网络化控制系统基于观测器的记忆型事件触发预测控制

本文研究了DoS攻击下网络化控制系统记忆型事件触发预测补偿控制问题. 首先, 由于网络带宽资源有限 和系统状态不完全可观测性, 引入了记忆型事件触发函数, 为观测器提供离散事件触发传输方案. 然后, 分析了网络 传输通道上发生的DoS攻击. 结合上述记忆型事件触发方案, 在控制节点设计一类新颖的预测控制算法, 节省网络 带宽资源并主动补偿DoS攻击. 同时, 建立了基于观测器的记忆型事件触发预测控制的闭环系统, 并且分析稳定性. 通过线性矩阵不等式(LMI)和Lyapunov稳定性理论, 建立了控制器、观测器和记忆型事件触发矩阵的联合设计方案, 并验证了该方案的可行性. 仿真结果表明, 该方案结合记忆型事件触发机制可以有效补偿DoS攻击, 节约网络带宽 资源.