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.     

DoS攻击下随机系统的攻击参数依赖型观测器与控制器协同设计EI北大核心CSCD

本文研究了拒绝服务攻击下网络随机控制系统的攻击参数依赖型观测器与控制器协同设计问题.首先,将拒绝服务(DoS)攻击建模为周期脉宽调制干扰信号,并构造了Luenberger观测器来估计不可测的系统状态.其次,设计了基于观测器的控制器,提出一种新的切换随机系统模型.然后,引入DoS攻击参数依赖型随机时变李雅普诺夫函数分析切换随机系统.给出了切换随机系统均方指数稳定的判据,并使闭环系统具有L_(2)增益性能水平.同时通过应用矩阵不等式技术,给出了攻击参数依赖型观测器与控制器的协同设计方案.最后,以一种飞行器系统为例,验证了该方案的有效性.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

自适应事件触发通信机制下机理解析与数据驱动融合的ICPS双重安全控制

针对存在拒绝服务(DoS)攻击与执行器故障的工业信息物理融合系统(ICPS),将机理解析与数据驱动方法相结合,在新型自适应事件触发通信机制下,研究双重安全控制问题.首先,设计自适应事件触发机制,能够触发参数随系统行为动态自适应变化,节约更多网络通信资源;其次,基于系统最大允许时延建立攻击检测机制,可以有效区分大、小能量DoS攻击;再次,基于极限学习机算法(ELM)建立时序预测模型,用于大能量DoS攻击时重构修正控制量,以主动容侵攻击的影响,并给出与小能量攻击时机理解析的弹性被动容侵来提升系统对攻击的防御能力;然后,借助T-S模糊理论、时滞系统理论、新型Bessel-Legendre不等式等,推证得到系统鲁棒观测器及双重安全控制器的解析求解方法,使双重安全控制与通讯性能得到折衷协同提升;最后,通过实例仿真验证所提出方法的有效性.     

Observer‐based attack‐resilient control for linear systems against FDI attacks on communication links from controller to actuators

For the adversarial attacks on the communication links from the controller to the actuators, most of the existing attack‐resilient control results focus on denial‐of‐service attacks. Unlike the existing results, this paper studies the observer‐based attack‐resilient control problem for linear systems with false data injection attacks and process disturbances. Due to limited resources, the malicious attacker is assumed to only manipulate a certain number of communication links from the controller to the actuators. A novel control architecture is proposed, which consists of an attack‐resilient state observer, a controller gain scheme, and a supervisory switching strategy. The observer is developed based on the maximin strategy, and state estimation will be used to construct the controller. The switching strategy is designed to pick an appropriate controller gain and prevent the attack signals from entering the plant automatically. It is shown that the closed‐loop system is stable with an attack‐resilient performance. Finally, to verify the effectiveness of the proposed controller, simulation results on a linearized reduced‐order aircraft system and an IEEE six‐bus power system are provided.     

存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统镇定研究

讨论了一类存在通信约束和时延的多输入多输出网络控制系统（NCS）的建模和控制问题.该NCS具有多个传感器和执行器，由于网络通信受限,在同一时刻只能允许部分传感器和执行器访问网络.传感器和执行器访问网络的过程可以用两个马尔可夫链来描述,并且在假设传感器—控制器时延和控制器—执行器时延均为短时延的情况下,将整个闭环NCS建模成一个具有两个模式的马尔可夫切换系统.基于LMI技术和李亚普诺夫方法,给出了闭环NCS随机稳定的充分条件,并给出了状态反馈控制器的设计方法.最后的数值算例验证了所提方法的有效性.     

拒绝服务攻击下直流微电网的事件触发控制

本文研究受拒绝服务攻击下直流微电网的事件触发控制问题. 考虑到直流微电网的状态并不总是可获得, 设计了一个观测器来估计直流微电网的状态. 基于观测器的估计状态, 对于受拒绝服务攻击的直流微电网设计了一种新颖的弹性攻击的事件触发控制器. 所提出的控制器设计方法可以通过分离方法转化成一个凸问题. 此外, 在所设计的事件触发机制中, Zeno行为也被讨论并且通过矛盾法被排除. 最后, 一个实际的电网例子被用来验证所提出的控制方案的有效性.     

Observer‐Based Reliable Control for Discrete‐Time Switched Linear Systems with Faulty Actuators

This paper deals with the issue of reliable control for discrete‐time switched linear systems with faulty actuators by utilizing a multiple Lyapunov functions method and estimate state‐dependent switching technique. A solvability condition for the reliable control problem is given in terms of matrix inequality with an extra matrix variable. This condition allows the reliable control problem for each individual subsystem to be unsolvable. For each subsystem of such a switched system, we design an observer and an observer‐based controller. A switching rule depending on the observer state is designed which, together with the controllers, can guarantee the stability of the closed‐loop switched system for all admissible actuator failures. The observers, controllers, and switching law are explicitly computed by solving linear matrix inequalities (LMIs). The proposed design method is illustrated by two numerical examples.     

Stability of networked switched systems in the presence of denial-of-service attacks

This article is concerned with the stability issue of networked switched systems which consist of only unstable subsystems subject to Denial of Service (DoS) attacks. The stability analysis of networked switched systems in the presence of DoS attacks under state-dependent switching is first presented. It is shown that the derived restrictions which differ from those in the existing work are imposed on DoS attack model. Specifically, the proposed conditions to characterize the duration and frequency of DoS attacks are state-dependent and mode-dependent. As a result, the ratio of total duration of DoS attack to the operating time of switched systems is higher than the previous literature. Furthermore, our result is extended to the stability of networked switched affine systems in the presence of DoS attacks. In the end, two simulation examples are given to demonstrate the effectiveness of our work.     

Sliding Mode Control for Nonlinear Markovian Jump Systems Under Denial-of-Service Attacks

This paper investigates the sliding mode control (SMC) problem for a class of discrete-time nonlinear networked Markovian jump systems (MJSs) in the presence of probabilistic denial-of-service (DoS) attacks. The communication network via which the data is propagated is unsafe and the malicious adversary can attack the system during state feedback. By considering random Denial-of-Service attacks, a new sliding mode variable is designed, which takes into account the distribution information of the probabilistic attacks. Then, by resorting to Lyapunov theory and stochastic analysis methods, sufficient conditions are established for the existence of the desired sliding mode controller, guaranteeing both reachability of the designed sliding surface and stability of the resulting sliding motion. Finally, a simulation example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed sliding mode control algorithm.