[发明专利]一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法

摘要

一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法，先对网络化运动控制系统进行建模，确定其传递函数；再考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及有色噪声的情况，将传递函数转换为状态空间方程并对其离散化；利用EMD对含有执行器攻击和传感器攻击及有色噪声的输出信号进行去噪；最后构建中间观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益。本发明与现有鲁棒观测器技术相比，其攻击辨识效果较鲁棒观测器精度更高，并且可以通过调节特定调节参数改善估计性能。

主权项

1.一种有色噪声下的网络化运动控制系统攻击辨识方法,其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n1)确定网络化运动控制系统传递函数；/n通过系统辨识，确定网络化运动控制系统传递函数如式(1)所示：/n /n其中G(s)为网络化运动控制系统的传递函数，K，T_s为辨识出来的参数；/n2)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：/n2.1)考虑系统中存在执行器攻击、传感器攻击以及有色噪声的情况，将上述传递函数转换为状态空间方程并对其离散化，如式(2)所示：/n /n其中A为系统的状态矩阵，B为输入矩阵,x表示系统状态量,u为系统输入，w_i表示有色噪声，f_a表示执行器攻击，f_s表示传感器攻击，E和D表示攻击增益矩阵；/n2.2)对系统进行增广，将f_s作为新的状态变量，令得到增广后的状态空间方程，如式(3)所示：/n /n其中，/n3)构建鲁棒观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益，过程如下：/n3.1)设计鲁棒观测器如式(4)所示：/n /n其中表示系统状态量的估计值，表示对执行器攻击f_a的估计值，表示输出y的估计值，L、F表示需要设计的鲁棒观测器增益；/n3.2)构建矩阵如式(5)所示：/n /n /n其中*表示对称元素，P表示待求解的正定矩阵,r表示给定标量，l表示单位阵；/n3.3)求解矩阵不等式Φ＜0，得到P、r和鲁棒观测器参数L和F，从而由鲁棒观测器(5)实现对执行器攻击和传感器攻击的准确估计；/n4)对含有执行器攻击和传感器攻击及有色噪声的输出信号进行EMD去噪重构；/nEMD方法是依据数据自身的时间尺度特征，将一个复杂信号分解为若干频率不同的简单信号，利用EMD对含有执行器攻击和传感器攻击及有色噪声的输出信号进行分解，并剔除高频分量，将剩下的分量合并重构，即可得到去噪后的输出信号；/n5)构建中间观测器并通过矩阵不等式求解观测器增益，过程如下：/n5.1)定义中间变量如式(6)所示：/n /n其中上标"T"表示矩阵的转置，ζ表示中间变量，f_a表示执行器攻击，表示增广后的系统状态量，表示攻击增益，ω调优参数；/n5.2)基于中间变量，设计中间观测器如式(7)所示：/n /n其中上标"T"表示矩阵的转置，表示系统状态量的估计值，表示中间变量ζ的估计值，表示对执行器攻击f_a的估计值，表示输出y的估计值，L表示需要设计的中间观测器增益；/n5.3)构建矩阵如式(8)所示：/n /n /n /n /n /n其中*表示对称元素，P₁表示待求解的正定矩阵，H表示待求解的矩阵,P₂表示带求解标量，ω为调优参数，ε为给定标量，I表示单位阵，Π₁₁,Π₁₂,Π₂₂表示中间矩阵：/n5.4)求解矩阵不等式Π＜0，得到P₁,H,则中间观测器增益L如式(9)所示：/nL＝P^-1H (9)/n其中上标"-1"表示矩阵的逆，从而由中间观测器(7)实现对执行器攻击和传感器攻击的准确估计。/n