基于网络攻击和事件触发的网络化系统若干问题研究

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网络化系统引入网络实现控制部件间的通信,具有成本低、易维护、方便扩展等优点,目前已经被广泛应用于各个领域。然而,注意到:网络带宽资源的有限性带来了网络诱导时延、数据丢包等问题,影响控制系统稳定运行。为了降低数据传输次数,节约网络带宽资源,基于事件触发机制的网络化系统稳定性分析、控制与滤波问题引起了学者的广泛关注,并已经取得了大量成果。同时,网络的开放性也容易使数据传输过程遭受网络攻击的威胁。一旦网络化系统被恶意网络攻击者控制,后果不堪设想。近年来,针对网络化系统的数据传输安全问题的研究还不够丰富。因此,研究网络攻击对网络化系统的影响具有重要理论和现实意义。此外,受物理属性和技术的限制,饱和现象作为影响控制系统性能的因素之一也广泛存在于网络化系统中。基于以上考虑,本文的主要研究内容如下:(1)针对带有执行器饱和的网络串级控制系统,引入混合触发机制以达到在降低网络负载的同时提高系统性能的目的。进一步考虑随机网络欺骗攻击的影响,建立了一个新的网络串级控制系统时滞模型。基于此时滞模型,利用李雅普诺夫稳定性理论得到了使系统满足H∞性能均方渐近稳定的充分性条件。使用线性矩阵不等式技术求得了串级控制系统中的主、副控制器增益。最后,基于一个燃气涡轮机系统实例仿真验证了所设计主、副控制器的有效性。(2)针对带有传感器饱和的传感器网络,考虑事件触发机制和随机网络欺骗攻击影响下的分布式滤波问题,建立了一个新的滤波误差系统模型。基于新建立的模型,借助李雅普诺夫稳定性理论获得了使系统满足H∞性能渐近稳定的充分性条件。通过求解一组线性矩阵不等式得到了分布式滤波器参数。最后,利用一个搅拌反应器实例和一个数值例子仿真验证了所设计滤波器的有效性。(3)针对使用网络进行数据通信的多区域负荷频率控制电力系统,考虑了有限带宽资源的限制和数据传输安全的问题。具体地,研究拒绝服务攻击和随机网络欺骗攻击威胁下基于事件触发机制的多区域电力系统负荷频率控制问题,建立了一个新的数学模型。在此新模型的基础上,利用李雅普诺夫稳定性理论得到了使系统均方指数稳定的充分性条件并证明了其满足H∞性能。然后,采用线性矩阵不等式技术得到了负荷频率控制器增益。最后,将所设计的控制器应用于一个三区域负荷频率控制电力系统仿真验证了其有效性。
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