[发明专利]一种FDI攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法

说明书

本发明公开一种FDI攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法，考虑存在传感器故障和遭受未知但有界FDI攻击的网络化控制系统，首先建立相应的网络化控制系统模型，然后将传感器故障视为增广状态，从而得到与原系统等效的增广系统，基于所得到的增广系统，利用H_∞理论设计鲁棒增广状态观测器，并得到其存在的充分性条件，进一步利用Matlab LMI工具箱求解优化问题，给出增广状态观测器参数为L＝P^‑1Y，最后根据中心对称多胞体技术获取增广状态的区间上界和区间下界从而实现对系统状态和故障的区间估计。本发明适用于其他噪声和干扰未知但有界系统的状态与故障的区间估计。

技术领域

本发明属于网络化控制系统领域，涉及一种FDI攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法。

背景技术

随着科技水平的快速发展,现代工业系统的结构变得越来越复杂,对可靠性和安全性提出了更高的要求，然而这类复杂系统在带来巨大经济效益的同时也潜藏着一定的危机,系统中任何部件发生故障都有可能产生较大的财产损失或人员伤亡。因此，研究故障诊断与容错控制技术以提高系统可靠性和安全性变得越来越重要。

目前关于故障估计的研究通常着重于对故障进行点估计，它主要是通过构造观测器或滤波器实现对系统故障的渐近估计，即故障的估计值尽可能地接近其真实值。但是这种点估计方法通常都假设噪声和干扰符合一定的概率分布，但是这在实际中很难获取，而中心对称多胞体这类集源滤波方法只需要干扰噪声有界即可通过寻找一个包含故障的可行集来得到系统故障的估计。本发明中考虑在系统遭受未知但有界的FDI攻击时，采用中心对称多胞体方法实现了对系统状态和故障的联合区间估计。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种FDI攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法。考虑网络化控制系统遭受FDI攻击，存在传感器故障的情况，通过将传感器故障视为增广状态，从而将含有传感器故障与原始状态的系统变换为一个增广系统。基于所得到的的增广系统，设计增广状态观测器以估计增广状态，最后利用中心对称多胞体得到系统的状态和故障的区间估计。

本发明的技术方案：

一种FDI攻击下网络化控制系统状态与故障的联合区间估计方法，包括以下步骤：

1)建立存在传感器故障的网络化控制系统的被控对象模型：

其中：x(k)∈Rⁿ是系统的状态向量，u(k)∈R^m是系统的可测量输入，y(k)∈R^p是系统输出，f(k)∈R^s是待估计的传感器故障信号，A∈R^n×n，B∈R^n×m，C∈R^p×n和F∈R^p×s，记号Rⁿ表示n维欧几里得空间，本发明中出现类似记号的，依此类推即可；R^n×m表示n×m维实数矩阵的集合，本发明中出现类似记号的，依此类推即可。

在FDI攻击下，系统(1)变为：

其中：a_u(k)和a_y(k)分别是执行器和传感器遭受的未知但有界的FDI攻击信号，D₁和D₂增益矩阵；

将系统(2)中的传感器故障f(k)视为增广状态，得到增广状态向量：

并构造如下增广系统：

其中：