[发明专利]一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法

说明书

本发明属于信息物理系统的安全控制领域，具体涉及一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法，包括：构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型；根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器；利用坐标变换中的变量设置事件触发机制；根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律；采用基于事件触发机制的自适应控制算法对拒绝服务攻击在系统中造成阻止信号传输的影响进行处理，克服了攻击下来自传感器的采样状态不连续而导致虚拟控制器不可导困难，解决了现有结果针对攻击下线性系统或是相对简单的非线性系统提出的安全控制方法无法应用于不确定非线性系统问题。

技术领域

本发明属于信息物理系统的安全控制领域，具体涉及一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法。

背景技术

信息物理系统是集成计算、通信与控制于一体的新一代智能系统。然而，由于使用更加开放共享的通信网络，CPS易遭受外界恶意网络攻击的入侵。作为一种典型的网络攻击，拒绝服务攻击通过占用通信资源，以阻止测量或控制信号传输，导致系统物理空间性能下降、服务中断，甚至是系统故障。

目前对拒绝服务攻击下CPS的安全控制方法已经取得较为丰富的成果，比如专利CN109491249A针对具有领导者的多智能体系统存在拒绝服务攻击的情况，提出确定一致性事件触发控制器的方法。专利CN111045334A利用估计的系统状态，设计主动防御的弹性滑模控制器，以及专利CN113014605A提出的量化控制方法用于抵御拒绝服务攻击对系统造成的破坏。但是上述方法针对的对象为线性系统，所提控制方法难以应用到高阶非线性系统(尤其是严格反馈不确定非线性系统)。而自适应控制作为处理非线性系统的有效方法之一，它所依据关于模型的先验知识比较少，已经变成一种非常流行的控制方法，能大大降低复杂系统分析和控制难度。因此利用自适应算法对非线性系统设计有效控制策略来减轻或抵消恶意DoS攻击的影响，防止严重性能退化和损失具有十分重要的意义。

然而具有参数不确定性的严格反馈非线性系统在DoS攻击下的自适应控制存在以下问题：首先，作为处理严格反馈非线性系统的常用手段，反步法技术的核心就是要在每一步中设计可导虚拟控制器，然而DoS攻击会阻碍传感器到控制器通道的信息传递，导致控制器接收到的采样状态不连续，这样设计出的虚拟控制器会不可导；其次，在DoS攻击下闭环稳定性分析与参数估计是耦合的。

发明内容

为解决以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种拒绝服务攻击下不确定非线性系统的自适应事件触发控制器的设计方法，该方法包括：构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型；根据模型引入坐标变换并利用反步法设计虚拟控制器；利用坐标变换中的变量设置事件触发机制；根据事件触发机制和虚拟控制器设计自适应控制器和参数自适应律；采用设计的控制器和参数自适应律验证不确定非线性系统在拒绝服务攻击下的稳定性以及镇定误差趋于任意小。

优选的，构建拒绝服务攻击模型和不确定非线性信息物理系统模型的过程包括：

构建拒绝服务攻击模型包括：设置DoS攻击由关到开的时间序列χ₀≥0，该时间序列表示从通讯正常到通讯中断的时间常数；设置第p次DoS攻击的时间间隔H_p:＝χ_p∪[χ_p,χ_p+τ_p]，其中τ_p∈R⁺表示第p次DoS攻击的持续时间，[χ_p+τ_p,χ_p+1]为第p次DoS攻击后停止攻击的时间间隔；获取时间域[τ,t]内正常通讯时间间隔集合Θ(τ,t)和通讯被打断的时间间隔集合Ξ(τ,t)，根据正常通讯时间间隔集合和通讯被打断的时间间隔集合得到在时间间隔[τ,t]发生DoS开/关转换的数量；

不确定非线性信息物理系统模型的表达式为：