欺骗攻击下网络化系统事件触发安全控制

针对网络控制系统受欺骗攻击问题,提出了事件触发器与安全控制器协同设计策略。提出了离散事件触发机制,克服了连续事件触发机制需要新增专用硬件且需要复杂计算避免芝诺现象局限。建立了有机融合欺骗攻击、事件触发机制、网络诱导延时及外部扰动多约束参数的闭环系统时滞模型,推导出了欺骗攻击下事件触发控制系统渐近稳定的充分条件,得到了事件触发器与安全控制器的协同设计条件。仿真验证了方法的有效性。     

分散事件触发NCS的H∞控制器设计

针对具有时变时延的网络化控制系统（networked control system,NCS）,提出一种新的分散事件触发通讯机制。该机制可以有效的节约网络资源并且不依赖于状态数据的完整信息,若干个空间分布式传感器结点采集状态数据的局部信息并根据子传输机制传输信号。本文首先建立包含网络时延和分散事件触发条件的闭环NCS模型,然后利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法给出闭环系统渐近稳定的充分条件,进而给出H∞控制器和分散事件触发机制的协同设计方法,最后通过Matlab数值仿真验证该方法的有效性。     

带参数摄动的时延分段仿射系统事件触发控制

针对带有参数摄动以及状态时延的网络化分段仿射系统,提出了基于周期事件触发机制的鲁棒控制器设计方法,引入周期事件触发机制来减少通讯网络中信号的传输次数从而降低网络带宽占用。通过构建分段Lyapunov函数,结合李雅普诺夫稳定性定理,将系统的控制器设计问题转换为求线性矩阵不等式可行解问题,实现周期事件触发机制与鲁棒控制器的协同设计。仿真结果说明了该方法的有效性。     

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.     

基于事件触发的故障诊断与动态调节集成设计

本文发展了一种事件触发采样与更新检测机制、故障诊断及调节的集成设计框架.事件触发技术不仅用于传感器端,同时也用于容错控制器端.所设计的故障诊断观测器能够应用基于事件触发的非均匀采样输出同时估计故障和系统状态,基于所获得的状态和估计信息,构造事件触发更新检测器和动态容错控制器,进而借助于增广系统方法来集成设计两个事件触发检测器、故障诊断观测器和容错控制器,以保证故障系统的性能,同时尽可能的降低传感器、控制器、执行器三者之间的信息传输频率.仿真实例验证了所提方法的可行性和优越性.     

具有随机网络攻击的切换信息物理系统的事件触发控制（英文）

本文研究了随机网络攻击下切换信息物理系统的事件触发控制问题.将信息物理系统描述为一种切换线性系统形式.引入事件触发机制来节省系统资源和减轻网络负载,当误差超过给定阈值时传感器中的采样数据才通过通信网络传输到控制器中.考虑在传感器与控制器的通信网络中受到两种不同特征的随机网络攻击.在网络攻击和所设计的事件触发控制器下,建立了切换随机信息物理系统模型.利用模态依赖平均驻留时间方法构建了相应的切换信号.在设计的事件触发控制器和模态依赖平均驻留时间切换信号下实现了系统的均方指数稳定性,并给出了控制器增益.最后,通过实例验证了所得理论结果的有效性.     

混合机制下的SpaceWire传输延时仿真分析

为确保SpaceWire网络中高实时性消息的确定性端到端传输延时,提出将网络消息分为时间触发消息和事件触发消息的设计方法。通过对时间触发消息发送时刻的调度以及对虫洞路由器工作时间轴的规划,实现对网络消息传输的控制,设计开发一套仿真系统;构建3类网络场景,对消息传输延时仿真结果进行分析评价,验证了该系统兼并事件触发网络与时间触发网络的特点;提出一种基于SpaceWire组路由特点的网络重构方案,仿真实验验证了该方案的可行性。     

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.     

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.     

离散Markov跳变系统事件触发H∞量化输出反馈控制

主要研究了基于事件触发机制的离散Markov跳变系统的量化H∞输出反馈控制问题,对系统的建模、稳定性分析、控制器设计等三个方面进行了研究。首先,提出了事件触发通信机制来确定当前采样数据是否能够传输到控制器当中。其次,在传感器与控制器之间引入对数量化器,利用扇形有界方法,量化采样数据达到降低网络中的数据传输速率的目的。接下来,考虑网络诱导时延建立一种具有外部扰动的Markov跳变时滞系统。构造Lyapunov-Krasovskii 泛函,得到使闭环系统渐近稳定且满足H∞性能指标的充分条件,在此基础上设计相应的输出反馈控制器。最后通过数值仿真来证明本文所提方法的有效性。     

随机多智能体系统的多率协同控制

本文针对一类带有非线性动力学的随机多智能体系统研究了基于多率采样机制的一致性控制问题。首先,引入多率采样机制异步地对智能体的状态进行采样,并且使用缓存器来同步智能体不同分量的状态信息。然后,提出了一种基于边的事件触发传输机制将每个智能体的状态信息定向传输给邻居智能体,从而减少了通信资源的使用和控制器的更新频率。接着,本文根据所设计的事件触发传输机制设计了相应的控制协议使得随机多智能体系统可以实现均方一致性。因为每条边上的事件都是独立发生的,所以智能体的邻居之间不需要保证信息的时钟同步。最后,给出了数值仿真例子。通过将同步采样机制、异步采样机制和多率采样机制进行比较,说明了所提出的边事件触发传输机制在多率采样下可以获得更好的系统性能。     

基于周期动态事件触发的网络化切换系统的分析与控制

针对网络化系统研究具有模态依赖平均驻留时间(MDADT)和异步的线性切换系统的周期动态事件触发$H_\infty$控制.与已有切换系统事件触发方式不同,周期动态事件触发引入动态事件触发参数,且具有最小的事件触发间隔下界,在降低数据发送数量的同时,能够有效避免奇诺行为;利用MDADT方法和多Lyapunov函数技术,给出闭环系统具有指数稳定和$H_\infty$加权性能的充分条件;在此基础上,针对周期动态事件触发机制中可能存在的异步问题,提出相应的控制器设计准则.最后,通过算例验证所得结果的优越性.     

面向安全关键系统的CAN总线应用研究综述*

控制器局域网适合小型安全关键系统的现场总线控制要求,能够以最大1Mbps速率发送和接收实时短消息。分析了CAN总线的结构、特点、协议仲裁机制、接口设计方法、实时特性和错误处理机制。为了支持任务关键网络,比较了事件触发协议与时间触发协议的特性,讨论了时间触发CAN协议的研究进展。     

基于事件触发的神经网络控制器稳定性分析

针对非线性系统稳定性问题,设计了基于事件触发的神经网络控制器来稳定非线性系统,控制器只有在触发规则满足的条件下,才更新控制参数,降低了网络传输率。算法开始先建立非线性系统模型,在采样过程中引入事件触发机制,并且设计了神经网络控制器,对于系统中包含的传输时滞,引入系统时滞模型,运用输入延迟法将同步控制器求解问题转化为时滞系统的稳定性问题。再通过构造分段Lyapunov-Krasovskii泛函并结合Jensen不等式,给出了非线性系统稳定条件。与传统数据采样系统相比,本文所提出的方法有效地增大了采样间隔,结尾通过例子仿真验证了所提出方法的有效性。     

基于事件触发的网络化T-S模糊系统容错控制

研究了基于事件触发的网络化T-S模糊系统容错控制问题．首先针对一类具有随机执行器故障的网络化T-S模糊系统,提出一种有效减少数据传输量的事件触发机制．然后在综合考虑事件触发机制和控制器与T-S系统前件变量的异步的情况下,建立一种能同时描述事件传送策略、执行器失效、网络诱导时延和异步前件变量的新颖模型．利用李亚普诺夫泛函方法,得到保守性较小的闭环T-S系统均方渐近稳定条件和相应的容错控制器设计方法．实例表明了本文所得结果的有效性．     

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.     

基于ADP的一类未知非线性系统事件触发输出反馈最优控制

针对一类未知非线性系统,提出基于ADP(Adaptive Dynamic Programming)的事件触发输出反馈最优控制策略,此方法只用到了系统的输出量。考虑到系统内部状态量无法测量和系统模型难以获得的问题,设计神经网络状态观测器来估计系统的不可测状态量并通过输出信息重构了系统的内部状态。在获得系统的未知动态和状态量信息后,设计结合事件触发技术的ADP输出反馈最优控制策略。通过Lyapunov理论推导了神经网络观测器和评估网络的权值更新率,并且证明了闭环控制系统的稳定性。通过仿真实验验证了该控制方法的有效性。     

带时间触发的CAN网络设计

为解决CAN总线系统中事件触发报文发送时,固定优先级仲裁机制所引起的发送时间不确定,低优先级报文可能被延误的问题,根据时间触发CAN的基本原理和结构特征,结合通用CAN控制器SJA1000,举例介绍如何组建一个TTCAN实验系统的基本步骤和算法。该设计可以确保实时和安全性要求较高的自控系统的正常运行。     

不确定非线性系统自适应动态事件触发输出反馈镇定

本文研究了一类不确定非线性系统的动态事件触发输出反馈镇定问题. 显著不同的是系统具有依赖于不可测状态的增长且增长率为输出的未知多项式. 尽管已有一些连续自适应控制器, 但需要巧妙融合非线性状态观测器、系统未知性的动态补偿以及非线性的抵御, 因此这些控制器具有一定的脆弱性, 不能平凡地拓展到不连续情形 (采样误差导致). 为此, 首先通过引入动态高增益和基于高增益的观测器来分别抵御未知增长率和重构系统不可测状态. 进而, 意识到静态事件触发机制的无效性, 通过引入动态事件触发机制, 成功设计出了事件触发输出反馈控制器, 确保了系统状态的全局有界性和收敛性. 数值仿真验证了所设计控制器的有效性.     

未知周期DoS攻击下奇异摄动信息物理系统H∞滤波设计

针对奇异摄动信息物理系统在未知周期拒绝服务攻击(denial-of-service,DoS)下的状态估计问题,提出事件触发多时间尺度切换滤波器设计方法.首先,在传感器与滤波器之间引入事件触发机制确定采样数据是否传输至网络中,可以达到节约网络资源的目的;然后,在此事件触发机制的基础上,考虑未知周期Dos攻击问题,建立滤波误差切换系统,通过构建依赖奇异摄动参数的Lyapunov函数,提出奇异摄动信息物理系统切换滤波器设计方法,得到较小的估计误差,从而克服设计过程中的病态数值问题,降低网络通信中DoS攻击对系统的不良影响,保证误差系统指数稳定且满足H_∞性能,实现未知周期DoS攻击下系统的状态估计;最后,利用电路仿真算例验证所提出的滤波器设计方法的有效性.