[发明专利]一种随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法

权利要求书

1.一种随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、分别建立网络化系统模型和滤波器系统模型；

步骤S2、引入故障检测机制；

步骤S3、基于随机网络攻击对网络传输数据造成的影响，建立网络攻击模型；

步骤S4、考虑随机网络攻击和故障检测机制，设计网络化系统状态下的滤波器模型；

步骤S5、基于Lyapunov稳定性理论，获得确保系统H_∞渐近稳定的充分性条件；

步骤S6、求解线性矩阵不等式获取滤波器系统参数。

2.根据权利要求1所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，步骤S1中网络化系统模型建立如下：

其中代表系统状态，代表滤波器的状态，代表输出向量，A,B,C,D为常数矩阵，代表外部扰动，代表可能出现的故障；

建立滤波器模型如下：

其中x_F(t)∈Rⁿ代表系统状态x(t)的估计值，r(t)∈R^l代表残余信号，代表故障检测滤波器FDF的输入，受网络延迟和欺骗攻击的影响，A_F,B_F,C_F,D_F为待设计的滤波器参数矩阵。

3.根据权利要求2所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，步骤S2中引入故障检测机制，有效获取系统故障；故障检测机制具体如下：

其中χ(t)为残余价值函数，χ_th为χ(t)的阈值；χ(t)具体表示如下：

其中r(·)为残余价值信号；阈值χ_th具体表示如下：

4.根据权利要求3所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，所述步骤S3中网络攻击模型建立如下：

考虑网络通道中随机网络攻击的影响，故障检测滤波器FDF的输入变为：

其中η(t)为通信网络产生的延迟，d(t)为随时间变化的延迟，且满足η(t)∈[0,η_M],d(t)∈[0,d_M]，f(x)为欺骗攻击的函数，θ(t)为服从伯努利分布的变量，满足：

5.根据权利要求4所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，所述步骤S4中网络化系统状态故障检测滤波器系统器模型设计如下：

令v(t)＝[ω^T(t) s^T(t)]^T,r(t)＝r(t)-s(t)，可得如下模型：

其中

H＝[I 0]。

6.根据权利要求5所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，所述步骤S5中获得确保系统H_∞渐近稳定的充分性条件具体如下：

当给定标量η_M,d_M,和H_∞性能指标γ，矩阵G，存在正定对称矩阵P,Q_k,R_k(k＝1,2)和自由权矩阵U,V,M,N，使得下列不等式成立时，即确保系统H_∞渐近稳定：

其中：

Ξ₇₇＝diag{-R₁,-R₂},Γ＝[U+M V-U -V N-M -N 0 0],

7.根据权利要求6所述的随机网络攻击下网络化系统故障检测滤波器设计方法，其特征在于，步骤S6中求解线性矩阵不等式获取滤波器系统参数具体方法如下：

给定H_∞扰动水平γ，标量η_M,d_M,ε_k(k＝1,2)和矩阵G，存在矩阵P₁0,和且和为矩阵，使得下列条件成立，则系统在H_∞水平下渐近稳定：

其中：

滤波器的系统参数为：

其中