网络化控制系统的新型事件触发通信与鲁棒广义H_2/H_∞容错协同设计

针对网络化控制系统(NCS)单纯依赖网络固有资源进行容错控制孤立设计方法的局限性,在分析现有离散事件触发通信机制不足的基础上,提出一种具有动稳过程共同约束的离散事件触发通信机制,并在该通信机制下建立与状态误差相关的闭环故障NCS模型;考虑参数不确定性和外界有限能量扰动的影响,基于Lyapunov稳定性理论与相关技术,给出网络通信触发权矩阵与广义H_2/H_∞指标约束下的满意容错控制器优化求解方法.通过仿真算例,验证新型离散事件触发通信机制的确能在不过分削弱系统性能的前提下,更多地节约网络通信资源,触发参数的选择也与系统性能有对应关系,为工程中选取相关参数提供便利.

新型ADETCS下工业信息物理系统综合安全控制

针对一类虚假数据注入(FDI)攻击与故障共存的工业信息物理系统(ICPS),在新型自适应离散事件触发通信机制(ADETCS)下,研究了综合安全控制与通信的协同设计问题。引入ADETCS取代传统离散事件触发通信机制,构建安全与通信可自适应协同优化运行的ICPS架构;通过对ADETCS中阈值函数的优化设计,获得一种可随系统动态行为双向连续变化的新型ADETCS;在该机制下,基于主动容侵和容错的思想,通过构造Lyapunov泛函,借助新型Bessel-Legebdre不等式、锥补线性化(CCL)等少保守性技术,在统一的自适应变采样框架下,推证出鲁棒估计器与综合安全控制器的求解方法,使ICPS可同时防御FDI攻击与故障,并具有更优的自适应通信调节能力。仿真结果表明:新型ADETCS中阈值函数的巧妙设计及CCL的应用,相较现存通信机制和设计方法,可使ICPS的综合安全控制性能与资源节约获得更优的折中平衡。

事件触发非均匀传输NCS少保守性鲁棒H_∞主动优化选择容错控制

在DETCS下,针对具有执行器故障严重程度可区分的NCS,研究了少保守性鲁棒H∞容错控制器的离线设计及其在线主动优化选择的主被动融合容错控制问题。首先,应用"偏序"的概念对故障进行严重程度区分,构建了主被动融合容错控制结构框架;其次,基于建立的模型,针对正常、轻微、中度及重度四类不同严重程度故障模式集,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函,利用改进的Wirtinger不等式、互反凸引理等技术,给出了离线设计少保守性鲁棒H∞容错控制器集合的方法;然后,在线运行时根据故障诊断的严重程度,按性能最优及少切换的选择策略优化投切对应的容错控制器;最后,通过仿真算例验证了所提方法的可行性和有效性。

执行器饱和NCS的满意容错与通信的协同设计

基于离散事件触发通信机制(DETCS),研究了非均匀传输周期下具有执行器饱和的网络化控制系统(NCS)的满意容错与网络通信间的协同设计问题.通过将保持器端数据的非均匀更新周期对系统性能的影响转化到对系统时滞的影响中,建立了一个具有执行器饱和的闭环故障NCS模型,该模型将建模中的多个因素集成在一个框架下,如执行器饱和约束、执行器失效、事件触发条件、非均匀传输周期、传输时延、计算时延和控制器信息等.基于不连续的Lyapunov-Krasovskii函数、互反凸技术、线性凸组合技术及琴生不等式,为具有多种性能的闭环故障系统提出了网络通信与满意容错间的协同设计方法.借助仿真算例,验证了提出的协同设计方法的有效性,此外还对不同性能指标和DETCS中的触发参数间的相容性进行了分析.

基于DoS攻击能量分级的ICPS综合安全控制与通信协同设计

针对一类有限能量拒绝服务(denial of service,DoS)攻击与执行器故障共存的工业信息物理系统(industry cyber-physical system,ICPS),研究了综合安全控制与通信协同设计问题。首先,考虑单侧网络遭受DoS攻击的情形,构建了ICPS综合安全控制架构,并从防御者的视角通过分析不同能量级DoS攻击对系统的影响差异,制定了相应的能量分级标准;其次,设计了DoS攻击的能量分级检测机制,并对小能量攻击以弹性控制鲁棒应对,对大能量攻击提出了一种PD(proportional-differential)数据重构补偿策略,提升了ICPS对DoS攻击的主动防御能力,而安全系数的引入又使主被动容侵得以交融协同;接着,在同一非均匀数据传输机制下,通过给出的观测器与综合安全控制器的设计方法,实现了对不同能量等级DoS攻击的主被动混合容侵、执行器故障主动容错,并与通信协同设计的目标;最后,通过四容水箱系统仿真验证了所得理论结果的有效性。