[发明专利]基于投影中间观测器的网络化运动控制系统攻击估计方法

说明书

一种基于投影中间观测器的网络化运动控制系统攻击估计方法，先对运动控制系统进行建模，考虑系统中存在传感器攻击和执行器攻击，确定其状态空间方程并对其离散化；构造含有传感器攻击和执行器攻击的输出方程；基于投影中间观测器估计系统状态、传感器攻击和执行器攻击。所述方法包括以下步骤：1)建立网络化运动控制系统状态空间方程并离散化；2)构造含有传感器攻击和执行器攻击的输出方程；3)构造投影中间观测器。本发明辨识精度可以满足实际应用的要求，并且所需的相关参数可以通过低成本传感器测得。

技术领域

本发明属于网络安全技术领域，具体提供一种基于投影中间观测器的网络化运动控制系统攻击估计方法，它能平稳准确的重构执行器和传感器故障，为系统安全态势评估，保障其安全运行。

背景技术

网络化运动控制系统是指信息传输处理进程与对象动态演化过程相互影响，紧密耦合的一类网络控制系统。然而，正是由于信息传输处理与系统动态的高度耦合，使得这类系统易受信息攻击。为了确保网络化运动控制系统能够安全可靠运行，他们必须具备自动识别攻击的能力。因此，能否对攻击信号进行准确辨识在运动控制系统中有着十分重要的作用，而攻击重构的目的是为了获取攻击信号的形状和大小等显式信息，到目前为止，为了解决攻击重建问题，研究人员将攻击信号视为故障或干扰，并扩展传统的未知输入观察者，如ESO、SMO、中间估计器来在线估计攻击信号。其主要优点是攻击可以手动设计为具有高变化率和随机性，这在网上很难准确识别，因此，攻击重构是未知输入观察者的常见挑战。

近年来，基于稀疏性概念的安全估计技术发展迅速，并提出了许多关于传感器攻击的迭代算法来保证估计性能。应当指出，计算复杂度是这些迭代算法应用的主要障碍。尽管通过修改标称梯度下降方法在改进传感器攻击重建算法方面有一些成就。实验发现，执行器攻击所引起的时间代价比传感器攻击更令人惊讶。同时，计算性能和估计能力难以同时保证。到目前为止，多重攻击重建问题还没有得到很好的研究。

发明内容

基于上述问题，本发明提供了一种基于投影中间观测器的网络化运动控制系统攻击估计方法，具体地说，对含有稀疏性传感器攻击的输出信号进行重构，同时估计系统的状态和攻击，并确保估计误差收敛至预定的极小能量界内。

本发明为解决上述技术问题提供了如下技术方案：

一种基于投影中间观测器的网络化运动控制系统攻击估计方法，包括以下步骤：

步骤1)，建立网络化运动控制系统状态空间方程并离散化，过程如下：

考虑系统中存在传感器攻击的情况，将状态空间方程离散化，如式(1)所示：

其中A为系统的状态矩阵，B为输入矩阵，C为输出矩阵，x(t)表示系统状态量，u(t)为系统输入，y(t)为系统输出，a_s(t)表示传感器攻击，a_u(t)表示执行器攻击，w(t)和e(t)分别表示有界的过程噪声和测量噪声；

步骤2)，引入中间变量，

ξ(t)＝a_u(t)-ωB^Tx(t) (2)

ω为人为选定的一个标量，选取τ个传感器测量值以构造输出方程，过程如下：

2.1)采集τ∈N个测量值，构建第i个传感器的输出方程如式(2)所示：