工业互联网推动工业控制系统升级换代的同时,引入了针对工业控制系统的信息安全问题。针对工业控制系统的网络攻击事件会带来破坏性后果,造成严重的经济损失甚至是人员伤亡。工业控制系统的信息安全关乎国家经济命脉,是国家安全的重要组成部分。保障工业控制系统的信息安全具有国家层面的战略需求,研究工业控制系统的信息安全防护策略具有重要的现实意义。目前工业控制系统的信息安全防护手段主要借鉴IT系统的防护技术,它们不能深度结合工业控制系统的特点进行有效防护。工业控制系统的特点决定了必须基于系统安全工程的方式,综合安全通信网络、安全控制系统和安全控制过程的手段,形成针对工业控制系统信息安全防护的统一体系架构方法。本课题基于控制过程视角给出了工业控制系统的信息安全防护框架,并利用弹性控制技术保障攻击状态下工业控制系统的动态及稳态性能。针对错误数据注入攻击,研究了一种有限时间弹性控制策略去改善攻击状态下工业控制系统的动态性能。基于超螺旋滑模算法设计了有限时间收敛的扩张状态观测器,在此基础上,基于预设性能控制和全局快速终端滑模控制算法设计了有限时间收敛的弹性控制器,从而保证了攻击状态下整个闭环系统的有限时间收敛属性,进而保障了攻击后工业控制系统的恢复时间。同时,研究了一种自适应弹性控制策略去简化攻击状态下的系统模型。利用反馈线性化技术将传感器攻击和执行器攻击统一在一起,从而将攻击状态下工业控制系统的强非线性系统模型转化为近似线性系统,减轻了弹性控制设计的负担,然后基于转化后的系统模型设计自适应弹性控制器实时抵消攻击对系统的影响。为了抑制更加极端的错误数据注入攻击,提出了针对快时变错误数据注入攻击的L2增益弹性控制策略。通过在弹性控制器中添加鲁棒项,实现了对系统跟踪误差和干扰观测器观测误差的同时抑制,消除了快时变攻击对工业控制系统的不良影响。同时,提出了针对量化错误数据注入攻击的无源弹性控制策略。将攻击对系统的影响程度归结为控制命令和系统输出的增加或减少,利用阻尼注入的方式设计无源子控制器保证攻击下系统的无源性,并利用L2增益干扰抑制技术设计鲁棒子控制器增强攻击下系统的鲁棒性,通过能量控制的方式实现了对攻击的抑制。为了提升弹性控制效率,利用最优控制和模型预测控制的优点设计了最优效率弹性控制策略。利用泰勒展开技术解决了传统模型预测控制算法运算量大的缺点,实现了用最少的系统能量损耗应对攻击的目标,搭建了三相永磁同步电机调速系统实验平台,实验验证了算法的有效性。同时,结合云计算技术无限存储的优点以及现场系统及时响应的优势,提出了一种基于云环境的弹性控制策略。通过本地弹性控制器抵御普通执行器攻击并通过云端弹性控制器抵御极端执行器攻击,拓展了对执行器攻击的抵御范围,简化了弹性控制机制的设计思路,使得基于云环境的弹性控制策略在工业控制系统中的大规模应用成为可能。