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北京航空航天大学学报 2025年

作者：李亚洁李钢李炜路晨静兰州理工大学电气工程与信息工程学院

针对一类双端异步拒绝服务攻击(DoS)与执行器故障共存的工业信息物理系统(ICPS)，通过将数据驱动技术与模型机理解析方法相融合，对多模态综合安全控制与通讯间的协同设计问题进行了研究。首先，设计了一种触发阈值可随系统行为动态变... 详细信息

针对一类双端异步拒绝服务攻击(DoS)与执行器故障共存的工业信息物理系统(ICPS)，通过将数据驱动技术与模型机理解析方法相融合，对多模态综合安全控制与通讯间的协同设计问题进行了研究。首先，设计了一种触发阈值可随系统行为动态变化的自适应离散事件触发通讯机制(ADETCS)，并构建了可同时抵御双端异步DoS攻击与执行器故障的ICPS多模态综合安全控制架构；其次，针对不同能量等级的DoS攻击，采用“分而治之”的思想，借助长短期记忆网络（LSTM）与弹性控制方法，提出了基于数模联动的主-被动协同混合容侵策略。再次，基于Lyapunov稳定性理论进行了观测器与控制器的推证，进而采用K-Means++聚类算法以及模糊融合方法，在线对不同模态下的控制器进行加权融合，实现了不同控制模态间的软切换；最后，通过四容水箱实例，验证了文中方法的正确性。实验结果表明，数模联动的方法增强了ICPS抵御双端异步DoS攻击的能力，多模态综合安全控制器的设计实现了控制模态与ADETCS间的双向自适应协同控制。

关键词：工业信息物理系统双端异步DoS攻击数模联动自适应离散事件触发通讯机制多模态综合安全控制

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ADETCS下ICPS多模态综合安全控制与通讯协同设计

ADETCS下ICPS多模态综合安全控制与通讯协同设计

引用

作者：程雪兰州理工大学

学位级别：硕士

随着控制、通信、计算机学科的迅猛发展,工业信息物理系统(ICPS)在快速推进的同时,也面临着诸多问题与挑战,如:ICPS作为信息系统与物理系统高度融合的产物,深受网络攻击与物理器件故障的双层困扰;而有限网络带宽与海量数据传输之间的冲... 详细信息

随着控制、通信、计算机学科的迅猛发展,工业信息物理系统(ICPS)在快速推进的同时,也面临着诸多问题与挑战,如:ICPS作为信息系统与物理系统高度融合的产物,深受网络攻击与物理器件故障的双层困扰;而有限网络带宽与海量数据传输之间的冲突,始终是ICPS健康发展的一大羁绊;此外,现存综合安全控制器与通讯机制的适应性不足,也制约了系统性能与通讯资源间的优化平衡。因此,本文围绕自适应离散事件触发通讯机制(ADETCS)的改进、综合安全控制器的优化及适应性的提升,开展了如下研究工作:1)针对FDI攻击与执行器故障共存的ICPS,从节约更多通讯资源与提升综合安全控制器适应性着眼,结合攻击防御、故障容错策略及多模态控制思想,首先以ADETCS替代传统离散事件触发通讯机制,在ADETCS下构建了 ICPS多模态综合安全控制与通讯协同设计框架;其次,为进一步改善触发参数对系统行为的适应度,设计了一种触发参数服从指数自适应律的新型ADETCS,为后续研究奠定了基础。2)针对ADETCS下ICPS综合安全控制问题,引入α-稳定及γ-干扰抑制等多个约束条件,首先设计了具有α1-稳定的鲁棒估计器,实现了系统状态、执行器故障及双侧网络FDI攻击的准确估计;其次,基于所得估计结果,提出了对双侧网络FDI攻击分离与补偿、对执行器故障进行调节,且具有α2-稳定动态输出反馈的综合安全控制策略,并在ADETCS下,基于Lyapunov理论,结合新型Bessel-Legendre不等式、锥补线性化等少保守性技术,给出了综合安全控制与通讯的协同设计方法;并以四容水箱实例仿真验证了 ADETCS下多目标约束综合安全控制方法的有效性。3)进一步考虑控制器与ADETCS之间的适应性问题,首先,对系统工作模态进行分析,并依据系统误差与自适应触发参数集合分布设计了切换准则;其次,将自适应触发参数纳入综合安全控制器推证过程中,通过增广Lyapunov-Krasovskii泛函,使协同设计的控制器与通讯触发权矩阵对触发参数更具依赖性,进而又对多个控制器模态间切换抖振予以消抖处理。经四容水箱实例仿真验证,多模态切换的新型综合安全控制器,较好的改善了控制器与通讯机制的适配度,进一步提升了 ICPS的安全性能与通讯节约之间的平衡水平。

关键词：自适应离散事件触发通讯机制工业信息物理系统综合安全控制动态优化平衡多模态切换控制

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