[发明专利]DoS攻击下的故障检测滤波器和控制器的协同设计方法

说明书

本发明公开了一种DoS攻击下的故障检测滤波器和控制器的协同设计方法，所述方法应用于USV航向控制系统，是一种基于状态观测器的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器协同设计方法，包括步骤：建立遭受执行器故障、DoS攻击以及网络延时影响下的基于状态观测器USV控制系统的数学模型；引入一种与观测器状态相关的事件触发机制，并利用时滞系统理论，建立能同时描述网络传输时延与事件触发机制影响下的USV控制系统模型；确定USV控制系统模型的事件触发矩阵W，状态观测器增益矩阵L₁,L₂，故障检测滤波器增益矩阵V₁,V₂和控制器增益矩阵K；建立DoS攻击下基于状态观测器的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器；本发明能有效抵御DoS攻击并及时检测处故障。

技术领域

本发明涉及网络化控制系统技术领域，应用于USV(Unmanned Surface Vehicle，水面无人艇)航向控制系统中，尤其涉及一种DoS (Disk Operating System，磁盘操作系统)攻击下基于观测器的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器的协同设计方法。

背景技术

近年来，网络控制系统的安全控制问题成为一大研究热点，网络控制系统往往采用分布式控制方式，采集的动态信息以及各类控制信号通过网络通信通道进行传输，随着网络的开放性越来越高以及网络规模的不断扩大，这就势必会增加网络攻击的可能性，如欺骗攻击和拒绝服务攻击等，拒绝服务攻击会占用通信通道，消耗网络带宽，导致正常的通信被阻断；信号传输被阻断就可能导致整个控制系统不稳定，从而给控制理论的研究带来了新的问题。由于网络通信中不可避免的存在传输时延、故障等问题，这也给网络化控制带来了新的挑战。当今世界，各国都在积极追求绿色、智能以及可持续发展，在这种大趋势下，随着国际海洋局势发展的需要，有关水面无人艇控制技术的研究正日渐受到世界各地的普遍重视。水面无人艇作为一种智能化的海上运动平台被广泛应用在水道测量，海洋环境监测、海上搜救、科学探究和现代化军事战争中。而对水面无人艇的滤波和控制是基于网络环境下的岸基或者母船的控制中心来实现的。由于网络的引入会不可避免的产生网络诱导时延、数据包丢失以及故障的发生等，设计一种能适应复杂海洋环境下的无人艇航向控制器以及故障检测滤波器是无人艇运动控制的重要内容之一。因此，对于一个有故障的水面无人艇在受到拒绝服务攻击时，如何建立基于网络的模型具有很大的实际意义，同时，基于网络的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器的协同设计也是眼下急需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的缺点和不足，提供一种DoS攻击下的故障检测滤波器和控制器的协同设计方法，通过此方法可获得更高的检测成功率和更低的误报警率，具体技术方案如下：

一种DoS攻击下的故障检测滤波器和控制器的协同设计方法，所述方法应用于USV航向控制系统，是基于状态观测器的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器之间协同作用的一种设计方法，方法包括以下步骤：

S1：建立遭受执行器故障、DoS攻击以及网络延时影响下的基于状态观测器USV控制系统的数学模型；

S2：引入一种与观测器状态相关的事件触发机制，并利用时滞系统理论，建立能同时描述网络传输时延与事件触发机制影响下的USV 控制系统模型；

S3：确定USV控制系统模型的事件触发矩阵W，状态观测器增益矩阵L₁,L₂，故障检测滤波器增益矩阵V₁,V₂和控制器增益矩阵K；

S4：建立DoS攻击下基于状态观测器的故障检测滤波器和弹性事件触发控制器。

本发明的进一步改进在于，还包括步骤，建立USV的三自由度船舶线性数学模型。

本发明的进一步改进在于，还包括步骤，构建周期性的DoS攻击模型，并引入至所述USV控制系统模型中。