拒绝服务攻击下双时间尺度CPSs事件触发控制与滤波

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双时间尺度信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPSs)是一类快速变化动态与缓慢变化动态耦合共存的CPSs,在实际中广泛存在,例如智慧矿山、智能电网和航空航天等。由于双时间尺度CPSs快慢动态耦合共存的特点,现有常规CPSs在拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)攻击下的设计方法直接应用于双时间尺度CPSs上会出现病态数值问题。因此,本文针对未知周期DoS攻击下的双时间尺度CPSs,研究基于事件触发机制的控制与滤波设计方法,并克服了设计过程中的病态数值问题。主要工作概括如下:1.针对双时间尺度CPSs在未知周期DoS攻击下的状态估计问题,提出基于事件触发机制的双时间尺度切换滤波器设计方法。首先,为了节约网络资源同时抑制DoS攻击的影响,设计弹性事件触发机制;其次,基于此事件触发机制,提出双时间尺度CPSs切换滤波器设计方法,并建立滤波误差切换系统;然后,通过构建依赖时间尺度参数的李雅普诺夫函数,得到切换滤波器存在的充分条件,使得对于任意小于或等于给定上界的时间尺度参数,滤波误差动态系统在未知周期DoS攻击指数稳定且满足H∞性能;最后,通过仿真算例验证了切换滤波器设计方法的有效性。2.针对双时间尺度CPSs在未知周期DoS攻击下的安全控制问题,提出基于偏差自适应动态事件触发机制的切换控制器设计方法。首先,综合静态事件触发机制与传统动态事件触发机制的特点,利用系统动态偏差,设计一种依赖DoS攻击参数的偏差自适应动态事件触发机制;然后,通过构建依赖时间尺度参数的李雅普诺夫函数,提出双时间尺度CPSs切换控制器设计方法,分析切换控制系统在未知周期DoS攻击下的稳定性;最后,利用直流电机仿真算例验证偏差自适应动态事件触发机制与控制器设计方法的有效性。3.针对永磁同步电机在未知周期DoS攻击下的跟踪控制问题,基于前文所提出的偏差自适应动态事件触发切换控制器设计方法设计电机系统的控制器。首先,针对永磁同步电机进行双时间尺度系统建模;然后,利用前文所提出的控制器设计方法对受到未知周期DoS攻击的永磁同步电机进行跟踪控制器设计;最后,在基于d SPACE的永磁同步电机系统实验平台上,进行半实物实时实验研究,验证所设计控制器的有效性与可行性。
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