[发明专利]一种基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法

权利要求书

1.一种基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、针对具有非线性和FDI攻击的切换网络化控制系统的建模问题，设计了一个半马尔科夫切换信号来描述系统的切换特性，同时分别设计了非线性时变函数来描述系统的非线性特性和黑客注入的虚假数据；

(2)、针对系统中的传感器虚假数据注入攻击问题，对系统进行了降节处理，设计了一种滑模函数，得到了一个滑模动态系统；

(3)、针对滑模函数中参数求解问题，设计了一个切换李雅普诺夫函数，得到了滑模动态系统的稳定条件，并采用线性矩阵不等式技术求解出滑模函数中的参数；

(4)、针对系统中的非线性和执行器虚假数据注入攻击问题，设计了一种滑模控制器。

2.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，所述的具有非线性和FDI攻击的切换网络化控制系统建模：

令系统的切换规则服从半马尔科夫切换，且满足条件概率分布：Pr{α(t+h)＝j|其中和lim_Δt→0o(h)/h＝0。此外，系统的非线性g(z，t)和黑客注入给执行器和传感器的虚假数据和ξ_a(t)都是能量有限的，即非线性函数和攻击注入数据都是有界的。

3.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，所述控制系统的降节处理，其特征在于：考虑系统状态变量z(t)，对于第i个子系统，寻找可逆矩阵Γ_i，使得Γ_iB_i＝(0 B_i，2)^T且B_i，2可逆，进一步，定义新的状态变量为：x(t)＝Γ_iz(t)。

4.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，所述的滑模函数设计：考虑系统节点和控制器节点不同步，通过隐马尔科夫模型来建立起二者之间的联系，用变量α(t)和β(t)分别表示系统节点和控制器节点在t时刻的状态，且满足条件概率：Pr{β(t)＝k|α(t)＝i}＝τ_ik，其中0≤τ_ik≤1和进而，设计滑模函数：S(t)＝K_i,kx₁(t)+x₂(t)，其中K_i,k表示滑模参数矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，将设计的滑模函数代入降节系统中，从而得到降节滑模动态：然后分析该系统的随机稳定性。即系统满足如下两个条件成立：(1)在ξ_a(t)＝0的条件下，对于任意的初始条件x₁(0)和α(0)，存在一个常数使得条件成立；(2)在x₁(0)＝0的条件下，不等式成立，其中γ＞0表示抑制因子。进一步，给出滑模动态随机稳定的条件为：

其中和

6.根据权利要求5所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，所述的滑模参数求解：对的稳定性条件进行矩阵变化和变量代换，可以求解出滑模参数矩阵：

7.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，所述的滑模控制器设计：依据求解得到的滑模参数，设计滑模控制器其中

8.根据权利要求1所述的基于滑模的切换网络化控制系统安全控制方法，其特征在于，对闭环系统稳定性证明：证明系统在设计的滑模控制器下，闭环系统的状态轨迹可以在有限时间内收敛到滑模面上；通过构造李雅普诺夫函数证明其弱无穷小算子满足：