[发明专利]一种网络攻击下连续搅拌釜式反应器系统的故障估计方法

权利要求书

1.一种网络攻击下连续搅拌釜式反应器系统的故障估计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立存在故障和网络攻击的连续搅拌釜式反应器网络化系统的被控对象模型：

连续搅拌釜式反应器的状态空间方程如下：

其中：是系统的状态向量，是系统的输出向量，是系统的输入扰动，是待估计的故障信号，f(k)满足||f(k+1)-f(k)||≤θ₁；d(k)满足||d(k+1)-d(k)||≤θ₂，同时f(k)与d(k)满足系统参数矩阵和是已知的常数矩阵；θ₁，θ₂，δ₁，δ₂是已知的常数，E{·}表示数学期望；

当网络通道遭受恶意攻击时，攻击者会注入虚假数据，此时位于远程网络节点的中间观测器的输入为：

其中：是恶意攻击者发送的攻击信号，满足||υ(k)||≤δ₃；β_k是Bernoulli随机序列，用来表示每个采样时刻发生网络攻击的概率，当β_k＝1表示通道中有网络攻击，当β_k＝0表示通道中无网络攻击；根据先验知识设

其中，是已知常数，表示网络攻击的数学期望；

2)设计中间观测器：

引入中间变量

ξ(k)＝f(k)-Kx(k) (4)

φ(k)＝d(k)-Rx(k) (5)

根据式(1)、(4)和(5)则有

ξ(k+1)＝f(k+1)-K(Ax(k)+Fξ(k)+FKx(k)+D₁φ(k)+D₁Rx(k)) (6)

φ(k+1)＝d(k+1)-R(Ax(k)+Fξ(k)+FKx(k)+D₁φ(k)+D₁Rx(k)) (7)

设计中间观测器如下：

其中：ξ(k)，φ(k)是中间状态变量，分别为x(k)，ξ(k)，φ(k)，y(k)，f(k)，d(k)的估计值，K＝wF^T，w，μ是待设计的变量；是待设计的中间观测器参数；

定义状态估计误差系统如下：

其中：

3)状态估计误差系统一致有界和中间观测器参数可解的充分条件为：

其中：

Ξ₁＝F^TP₁F-ε₃I，

Ξ₆＝P₂A-HC+wP₂FF^T+μP₂D₁D₁^T-μHD₂D₁^T，

Ξ₇＝-ε₁wF^T(A+wFF^T+μD₁D₁^T)，H＝P₂L

Ξ₈＝-ε₂μD₁^T(A+wFF^T+μD₁D₁^T)，

式(17)中*表示根据对称矩阵性质省略的对称项，0是零矩阵；是对称正定矩阵，是未知的非奇异矩阵，ε₁，ε₂，ε₃，ε₄，ε₅是未知的正标量，γ是给定的已知标量，I是单位矩阵；

给定常数以及δ₁，δ₂，δ₃，δ₄，γ，μ，w，利用MATLAB中的YALMIP工具箱求解式(17)，当存在正定矩阵P₁，P₂和矩阵H使得式(17)成立，则状态估计误差系统是一致有界的，中间观测器参数为即能够进行步骤4)；当上述未知变量没有可行解，则系统不是一致有界的，且不能获得中间观测器参数，不能进行步骤4)；

4)连续搅拌釜式反应器网络化系统的故障估计

根据连续搅拌釜式反应器网络化系统实际运行时发生的执行器故障，由式(17)得到中间观测器参数L，然后由式(12)计算得到从而得到故障信号的估计值。