网络攻击下网络化系统的事件触发H∞控制和滤波

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几十年来,网络化控制系统一直是控制工程领域的研究热点。其传感器、控制器和执行器等多个节点通过网络连接,相关信号通过网络进行传输与交换,从而实现了资源共享、远程控制与操作,在流程工业、汽车制造、军事和航天航空等领域得到了广泛应用。由于通信网络的引入,网络安全和网络资源受限问题日益突出,因此研究网络攻击环境下的事件触发网络化系统的分析和综合具有十分重要的意义。本文研究了网络攻击下的网络化系统的事件触发H∞控制和滤波。通过使用更加先进的动态事件触发机制和分散事件触发机制,极大地减少了采样数据包的传递数量,从而有效节约了网络带宽等系统资源。基于事件触发机制,在网络攻击、信号量化和传感器饱和并存的情况下,建立了闭环控制系统或滤波误差系统。利用Lyapunov稳定性理论,本文分别给出了H∞控制器、滤波器的分析、设计方法。具体内容如下:(1)研究了广义时滞神经网络的事件触发控制系统的稳定性分析问题。对时滞神经网络控制系统引入事件触发机制,建立了闭环控制系统。通过充分利用时滞神经网络的系统信息,构造了一个更先进的Lyapunov泛函。基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法,导出了使闭环控制系统渐近稳定的稳定性判据,并将此结果应用到不含事件触发机制的情形。最后,通过三个仿真例子说明了所得结果的有效性。(2)研究了带有随机网络攻击的神经网络的分散事件触发H∞网络化控制问题。首先,引入了一种新的动态事件触发机制来监控采样数据的传输,并使用两个独立的伯努利分布变量来描述随机发生的网络攻击。其次,基于网络化控制,建立了随机网络攻击和有限网络带宽下的闭环控制系统。接着,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,给出了保守性较小的H∞性能判据,以保证闭环控制系统在给定H∞性能的情况下均方渐近稳定。基于该判据,得到了状态反馈H∞控制器的设计方法。最后,通过两个仿真例子说明了所得结果的有效性。(3)研究了带有多个传感器饱和和随机网络攻击的网络化系统的事件触发量化的H∞控制问题。首先,提出了一种新的分散事件触发机制以节省系统资源。其次,将分散事件触发机制、传感器饱和、量化和随机网络攻击综合考虑,建立了闭环控制系统。接着,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法,给出了一种新的H∞性能判据,以保证闭环控制系统是均方渐近稳定的且满足一定的抗干扰性能。在此基础上,提出了一种新的控制器设计方法。最后,通过两个仿真例子验证了所提方法的有效性。(4)研究了具有网络攻击和量化的网络化系统的动态事件触发H∞滤波器分析和设计问题。首先,采用动态事件触发机制来决定是否将采样数据发送出去。其次,通过考虑网络攻击和数据量化,建立了滤波误差系统。接着,基于Lyapunov-Krasovskii泛函方法,给出了使滤波误差系统均方渐近稳定且满足一定H∞性能的充分条件。基于该条件,应用可逆线性变换方法,给出了一种基于线性矩阵不等式的滤波器设计方法。最后,通过两个仿真例子验证了所提方法的有效性。
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