[发明专利]一种多模态电子节气门的滑模控制方法

说明书

本发明公开一种多模态电子节气门的滑模控制方法，包括如下步骤构建随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的半马尔科夫切换系统模型；基于模型设计补偿策略并构造攻击概率相关的滑模切换面函数，进而获得闭环增广系统并进行稳定性分析，从分析结果中得到对称正定矩阵，利用变量代换后计算满足系统稳定性目标的滑模控制器参数；基于滑模控制器参数，设计模态依赖的离散时间滑模控制律；基于该制律进行滑模切换面可达性分析。本发明精确描述了随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的不确定动态特性，有效的抑制随机拒绝服务攻击对电子节气门的影响，解决随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的滑模控制问题，提高网络化电子节气门的安全性。

技术领域

本发明涉及电子节气门技术领域，尤其涉及一种多模态电子节气门的滑模控制方法。

背景技术

国民经济及国民消费水平的迅猛提高，促使了我国汽车总产量和保有量的快速增长。同时，汽车保有量的快速增长也给环境问题带来了巨大的挑战。目前，汽车尾气排放造成的环境污染已成为我国汽车工业发展的首要问题。汽车尾气的排放量以及燃油的消耗主要取决于发动机的性能。近年来，几乎所有的车辆，特别是基于火花点火内燃机的车辆，都使用了电子节气门的机电部件。电子节气门作为发动机空气供给的唯一通道，其性能的优劣将直接决定汽车核心部件发动机的优劣。一般而言，由于电子节气门存在诸多因素的影响，例如滑动摩擦、黏性摩擦、传动间隙以及在汽车行驶过程中气流冲击、人为干预等，难以直接使用传统的单一系统来描述电子节气门的动力学模型。此外，由于传统PID控制对运行工况的适应性很差，多模态控制和滑模控制方法被引入到电子节气门控制中。

随着网络技术和工业生产的发展，工业领域的网络化和信息化程度越来越高，包括设备制造、运输、智能建筑等重要工业领域。相应地，针对汽车上电子节气门系统传输信道的网络攻击呈现快速增长的趋势。目前，三种典型的网络攻击主要包括拒绝服务攻击、欺骗攻击和重放攻击，然而拒绝服务攻击带来的危害几乎是不可避免的，攻击者通过故意攻击网络协议的缺陷，使目标网络无法提供共享资源访问。尤其是在汽车行驶过程中，如果控制发动机产生功率的电子调节节气门遭到恶意攻击，那么极易造成发动机加速不力、油耗增加尾气排放过多等不良后果。因此，如何有效抑制拒绝服务攻击的影响以及保证拒绝服务攻击随机发生时控制系统的稳定性具有重要的研究意义。

众所周知，由于对外界干扰具有较强的鲁棒性，滑模控制已经被广泛应用到各种工业控制对象之中。不同于一般系统的滑模控制，多模态网络化系统的状态信息在网络传输过程中会受到攻击的影响。因此，在考虑参数不确定的基础上，还需要引入半马尔科夫模型来描述随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的动力学特性。与普通的半马尔科夫模型不同，本发明引入半马尔科夫核概念处理半马尔科夫系统的滑模控制策略，克服了传统半马尔科夫随机切换系统中对逗留时间分布的约束，使得系统的逗留时间统计特性能够依赖当前切换模态与下一切换模态，更加具有一般性。

综上分析，如何建立随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的动态模型，设计随机拒绝服务攻击的补偿策略和滑模切换面，进而设计出电子节气门的滑模控制器以保证随机拒绝服务攻击下电子节气门的安全稳定运行是一个亟待解决的关键问题，具有重要的理论研究意义和应用价值。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种多模态电子节气门的滑模控制方法，建立拒绝服务攻击下多模态电子节气门的动态模型，进而设计出电子节气门的滑模控制策略以保证随机拒绝服务攻击下电子节气门的安全稳定运行。为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多模态电子节气门的滑模控制方法，包括如下步骤：

构建随机拒绝服务攻击下多模态电子节气门的半马尔科夫切换系统模型；

基于半马尔科夫切换系统模型设计随机拒绝服务攻击的补偿策略；

基于补偿策略构造攻击概率相关的滑模切换面函数，进而获得闭环增广系统；

对闭环增广系统进行稳定性分析；