[发明专利]一种隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法

说明书

本发明公开一种隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法。首先，根据隐蔽式攻击的特点，为隐蔽式攻击信号设计区间观测器得到攻击信号的上下界信息，然后，通过将执行器故障视为增广状态从而得到与原系统等效的增广系统，基于所得到的广义系统，利用L_∞性能指标抑制干扰与攻击的影响，设计鲁棒增广状态区间观测器，并给出鲁棒增广状态区间观测器存在的充分条件，最后，利用Matlab LMI工具箱求解优化问题，得到观测器参数L＝P^‑1Y，从而得到系统状态与故障的区间估计信息。本发明考虑了网络化控制系统可能遭受隐蔽式攻击，并在此环境下估计系统状态与故障的区间上下界。

技术领域

本发明涉及网络化控制系统领域，特别是涉及一种隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法。

背景技术

随着科技的快速发展，近几年关于网络化控制系统的状态与故障区间估计问题吸引了大量学者的注意。网络化控制系统具有适用范围广、安装维护方便等众多优点，但是在网络化控制系统中不可避免的会出现一些降低系统稳定性的因素，如测量延迟、数据包丢失、网络攻击等问题，这些不利因素将会使系统性能恶化，甚至会影响系统的稳定性，严重时将导致系统发生故障。在实际工程中，为系统设计容错控制器可以提高系统的可靠性和安全性，设计容错控制器需要故障幅值及变化规律，因此如何得到精确的故障估计信息成为近年来的研究热点。

目前关于故障估计的研究通常着重于设计观测器或滤波器实现对状态和故障值的点估计，这种方法需要具备一些对未知输入干扰和测量噪声的先验知识，但是这在实际中很难获取，本发明中的区间观测器在系统遭受未知但有界的隐蔽式攻击时，通过攻击信号的边界信息实现了对系统状态和故障的联合区间估计。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法。考虑网络化控制系统存在执行器故障和遭受隐蔽式攻击，通过将执行器故障视为增广状态，从而将含有执行器故障与原始状态的系统变换为一个增广系统，基于所得到的增广系统，设计增广状态区间观测器，使得网络化控制系统在上述情况下仍能保持渐近稳定并且满足预设的L_∞性能指标，从而实现了对系统状态与执行器故障的联合区间估计。

本发明所采用的技术方案是：一种隐蔽式攻击下网络化控制系统的状态与执行器故障的联合区间估计方法，包括以下步骤：

1)建立执行器发生故障的网络化控制系统的被控对象模型：

式中，u(k)∈R^m，w(k)∈R^d和f(k)∈R^s分别为系统状态向量，输入向量，输出向量，输入干扰和执行器故障向量，和记号Rⁿ表示n维欧几里得空间，本发明中出现类似记号的，依此类推即可；R^n×m表示n×m维实数矩阵的集合，本发明中出现类似记号的，依此类推即可；

攻击者通过网络向传感器测量通道注入隐蔽式攻击信号后，增广状态观测器的输入为：

其中，a(k)∈R^p为攻击者注入的隐蔽式攻击信号；

为了实现对执行器故障f(k)和系统状态的联合区间估计，可将遭受攻击的网络化系统重写为：

将执行器故障视为增广状态：

则得到如下的增广系统：

其中：

I_n表示n×n的单位矩阵