[发明专利]一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法

说明书

本发明涉及一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，所述网络控制系统包括物理系统、传感器、控制器和执行器，包括以下步骤：1)获取网络控制系统受到的双通道攻击信息，基于该信息建立带有补偿机制的网络攻击模型，所述双通道包括传感器控制器通道和控制器执行器通道；2)建立网络控制系统的事件触发机制模型；3)基于所述网络攻击模型和事件触发机制模型建立闭环系统模型；4)基于所述闭环系统模型，根据网络控制系统的输入到状态的稳定性条件，获得控制器常数矩阵，完成控制器设计。与现有技术相比，本发明具有降低通讯负担、系统运行稳定等优点。

技术领域

本发明涉及一种攻击下网络控制系统的控制器设计方法，尤其是涉及一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，使网络控制系统在遭受网络攻击情况下的以一定概率输入到状态稳定。

背景技术

过去几十年，因网络控制系统在各行各业的应用，如交通管理系统、远程医疗监控、加热控制系统等，其受到越来越多的关注。然而因网络带宽有限，网络控制系统产生了很多问题，如网络时延和数据丢包，这都降低了系统的性能。同时由于网络在传感器和控制器间，以及控制器和执行器间的开放连接使得传输的信息很容易受到外部攻击。目前研究的主要攻击有DoS攻击和虚假攻击。其中，DoS攻击通过发送多余的数据消耗有限的网络资源来不断攻击目标。虚假攻击通过影响数据的完整性来达到目的。重放攻击是一种典型的虚假攻击，攻击者对系统未知，但是依然可以访问、记录和重放传感器数据；错误数据注入攻击是另一种虚假攻击，与重放攻击相比，错误数据注入攻击有完整的系统信息。

从防守的角度来看，袭击具有随机性质，这使得攻击的成功在很大程度上取决于检测攻击能力的保护设备或软件、通信协议和网络条件(如网络负载、网络拥塞、网络传输速率)。从攻击者的角度来看，攻击者希望能量无限并且在攻击的过程中不被检测到，但实际上攻击都是能量有限的，并且在发动攻击的过程中能量消耗很快。网络攻击的随机性通过伯努利过程或马尔科夫过程来体现，然而，对更一般的网络控制系统的安全概率研究仍然是一个开放且重要的工作。

为了节能，时间触发控制策略是一个传统的选择。根据工程实践，网络能源有限情况下通信协议的选取需要关注以下几点：网络上太频繁的数据交互通可能会带宽超支，从而恶化通信质量；通常情况下，只有一些极其重要的控制或测量数据为控制和估计目的传播；在一个能源有限的环境下，系统组件之间的不必要的通信可能导致资源的浪费。在此情况下，在传输测量或控制信息的过程中，找到新的控制策略来有效的利用网络资源具有理论和实践意义。与基于时间的控制策略相比，事件触发机制能有效的降低通信负担，提高资源利用率。

虽然现在已经有对于攻击下网络控制系统的控制器设计的研究，但是这些研究都没有充分的利用通信网络的资源。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，用以确保网络控制系统的安全性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于事件触发的网络控制系统控制器设计方法，所述网络控制系统包括物理系统、传感器、控制器和执行器，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取网络控制系统受到的双通道攻击信息，基于该信息建立带有补偿机制的网络攻击模型，所述双通道包括传感器控制器通道和控制器执行器通道；

2)建立网络控制系统的事件触发机制模型；

3)基于所述网络攻击模型和事件触发机制模型建立闭环系统模型；

4)基于所述闭环系统模型，根据网络控制系统的输入到状态的稳定性条件，获得控制器常数矩阵，完成控制器设计。

进一步地，所述网络攻击模型具体为：