切换系统的事件触发MPC安全控制

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切换系统由多个子系统和一个可调配子系统运行顺序的切换律组成,是一类重要的混杂系统,在控制科学领域和航空航天、电子、船舶等工程领域均广受关注。随着数字化传输技术的高速发展,网络化控制系统应运而生,它依靠开放式网络使多个异地分布机构/单元高效交互。将网络化技术应用到切换系统,可解决多模式控制下的传输低效问题,对现代控制理论的发展具有重要意义。然而,在网络化技术应用的同时,资源受限和恶意攻击等问题无法避免。事件触发控制作为解决资源受限问题的有效手段,通过设计性能相关的判别机制调配数据传输频率,可保证只对“被需要”的数据进行传输。目前,关于事件触发的研究还不完善,表现为:1)没有深度平衡性能与通信间的需求关系;2)没有攻击特性相关的触发控制方法。此外,模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)对受约束、扰动等影响的系统具有强鲁棒性,且对网络化切换系统具备控制优化能力,但相关结果鲜有,亟待补充。综上,本文针对被控系统易受拒绝服务(Denial of Service,DoS)攻击及资源受限问题,开展了切换系统的事件触发MPC安全控制研究,有:(1)基于自适应停留间隔触发机制的切换系统跟踪控制。提出基于自适应停留间隔的事件触发机制,分析停留、切换、触发间隔耦合情况,使用Lyapunov方法证明闭环系统的鲁棒跟踪性能。最后,通过仿真验证所提方法的可行性。(2)基于混合时间/事件触发机制的切换系统MPC控制。提出混合触发机制,设计性能判别条件保障系统的传输需求,构造观测器估计不可测状态。将MPC优化问题转化为线性矩阵不等式可行性问题。最后,通过仿真验证所提方法的可行性。(3)单端DoS攻击下切换系统的事件触发MPC安全控制。设计事件触发机制减少网络传输频率,提出基于记忆的抗攻击策略以降低DoS攻击危害。建立攻击下的MPC控制器及闭环系统模型。最后,通过仿真验证所提方法的可行性。(4)双端DoS攻击下切换系统的双自适应触发MPC双回路安全控制。提出弹性双自适应事件触发机制,设计攻击特性相关的触发判断条件精准迎合系统需求。提出本地/网络双回路控制框架,建立双回路控制器及类切换策略保障系统性能。最后,通过仿真验证所提方法的可行性。
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