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控制系统的对抗者是一类试图影响该系统正常运行的个体。安全控制的目的是,在对抗者进行干扰的情况下维持控制系统的正常运行。现代控制系统具有网络通信和信息处理等功能,因此对抗者可以通过信息层面间接地对物理系统进行隐蔽性攻击。为保证攻击的隐蔽性,对抗者首先需要通过窃听攻击获取传感器,控制器以及执行器之间的传输数据,以对系统动态特性有所了解。预防性安全控制的意义是防止对抗者进行有效的窃听攻击,从而降低发生后续攻击的风险。一些具有移动性的信息物理系统通常会受到位置,速度以及能量供给等方面的限制,因此属于一类受约束的动态系统。对于此类系统,对抗者可以对控制器进行窃听攻击,从而获取与控制律有关的参数。其目的是为了获得系统的控制权,从而利用系统的可移动性实现对抗者自身的需求。为了预防对抗者接管这类控制系统,还需要保护控制器内部参数的安全。因此,对于受约束系统采取预防性安全控制的意义是防止对抗者接管控制系统。对于该类策略的要求是控制器的输入量不能为系统状态,输出量不能为控制输入,并且控制器中不能出现与控制律有关的数据。该类策略的目的是保证闭环系统稳定性,并且保证对抗者不能根据控制器的输入量,输出量以及控制器内部数据推测出系统状态,控制输入以及与控制律有关的参数。在现有对预防窃听攻击的安全控制策略的研究中,基于同态加密的策略对长整数进行计算,需要的计算量较大。基于差分隐私的策略需要对控制量添加噪声,如果噪声的幅度选择不当则会使得系统变量超出约束范围,同时也会影响闭环系统的稳定性。本论文对于预防性安全控制问题的主体思想是,合理利用系统的约束条件,同时考虑在每一采样时刻进行控制计算的必要性。下面简要介绍本文的主要研究内容。提出了适用于显式模型预测控制问题的安全控制策略。针对一类具有状态与输入约束的线性被控对象,利用了鲁棒显式模型预测控制律在状态约束集合上分段仿射的性质,设计了基于整数标识符映射结合多胞形仿射变换的安全控制策略。该策略保证了系统的状态和控制输入的语义安全。提出了适用于隐式模型预测控制问题的安全控制策略。所提出的控制策略在系统的状态可行集合内构造了 Voronoi分区序列,并对序列中的Voronoi多胞形进行了整数标识符化的仿射变换。该策略将原最优控制问题转化为具有嵌套结构的对偶问题,并提出了将对偶优化问题中的矩阵和向量进行置换操作的方法,从而改变决策向量中分量的排序。基于上述方法,该策略具有语义安全性。针对具有状态与输入约束的线性系统,提出基于显式模型预测控制的多胞形事件触发鲁棒控制策略。在触发机制中采用收缩式多胞形的结构,并构造终端多胞形以避免类芝诺现象的出现。与已有成果相比,该机制需要在线更新的多胞形参数更少,并且相邻状态传输事件的触发间隔不受预测时域的限制。所提出的控制策略使得系统状态和控制输入满足约束条件,并保证了闭环系统的鲁棒稳定性。设计了适用于隐式模型预测控制器的事件触发机制。隐式模型预测控制器通过在线求解优化问题得到最优控制量,所提出的触发机制降低了获得初始事件触发集合所需要在线求解优化问题的次数。进一步地,在该机制中设计了两种基于分片收缩多胞形的触发集合更新方式。所设计的两种触发集更新方式相对于触发集整体更新方式来说,具有更低的更新频度。同时,所提出的事件触发机制生成的相邻两次状态传输事件具有更长的间隔时间。接下来对本文的主要创新成果作简要说明,本文的结论部分对这些成果进行了具体阐述。1.提出了基于整数标识符映射结合多胞形仿射变换的预防性安全控制策略。该策略保证了系统的状态,控制输入以及分段仿射控制律相关参数的语义安全。2.提出了基于对偶优化问题嵌套结构的预防性安全控制策略。该策略根据原最优控制问题构造了嵌套对偶问题,使得对抗者不能通过获取控制器端输入输出推测系统状态和控制输入,也不能通过求解对偶优化问题推测原问题的相关参数。3.设计了基于收缩多胞形事件触发机制的显式预测控制策略。设计了由多胞形表示的初始触发集合及其收缩方式。构造了终端触发集合以避免类芝诺现象的出现。由触发机制产生的相邻状态传输事件的触发间隔不受预测时域的限制。4.设计了基于分片收缩多胞形事件触发机制的隐式预测控制策略。为适应控制器在线求解优化问题的情况,提出了多胞形分片收缩方式。相比整体收缩方式,采用分片收缩方式的事件触发机制产生的相邻状态传输事件具有更长的时间间隔。本文通过利用动态系统的约束条件,在约束集合内构建满足适当条件的多胞形及其仿射变换。对于需要在线求解的最优控制问题,将其转化为具有嵌套结构的对偶问题进行求解。在事件触发集合的设计中,采用了单一触发集合进行收缩的方法,避免了同时计算多个触发集合。触发集合的收缩方式具有一定的灵活性,在显式预测控制框架下采用了整体一致收缩的方式,在隐式预测控制的框架下采用了局部收缩的方式。上述方法体现了一定的理论价值。本文所研究的安全控制策略在系统的约束范围内可以保证控制系统的信息安全,同时对系统的计算性能没有特殊要求,因此在无人飞行器,可植入式医疗设备以及头戴式虚拟现实设备等系统中具有一定的应用价值。