一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法技术

本发明专利技术公开一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法，考虑DoS攻击发生在控制器与执行之间网络中的情况，采用随机切换的方法来处理攻击，使主动悬架系统在受到攻击与不受攻击两个子系统来回切换。在采取本发明专利技术的方法后，受到攻击的悬架系统控制的可靠性得到保证。

A Reliability Control Method for Active Suspension in DoS Attacks on the Network between Controller and Actuator

The invention discloses a method of active suspension reliability control when the network between the controller and the actuator is attacked by DoS. Considering that the DoS attack occurs in the network between the controller and the actuator, the method of random switching is adopted to deal with the attack, so that the active suspension system can switch back and forth between the attacked and the non-attacked subsystems. After adopting the method of the invention, the reliability of the control of the attacked suspension system is guaranteed.

【技术实现步骤摘要】
一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法
本专利技术涉及主动悬架控制方法，具体涉及一种车内网络受到DoS(denial-of-service)攻击的主动悬架可靠性控制方法。
技术介绍
随着网络控制的发展，车联网中形成了车—X(X：车、路、互联网等)之间进行无线通讯和信息交换的大系统网络，这是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。悬架系统作为影响车辆乘坐舒适性，舒适性的主要组成之一，自然通过车内网络与车辆智能化控制的一体化网络相连，从而利用网络的优越性以便进行更好的控制。与传统的悬架系统通过车内总线进行信息的传输相比，基于网络通信下的悬架控制系统信息是通过网络远程过滤和传感获得的，网络控制系统的鲁棒和可靠控制问题也随之而来：网络攻击，网络时滞、数据丢包、错序等。而网络攻击作为最常见的网络安全问题而受到广泛关注。在许多实际的控制系统中，网路攻击可以通过网络部分以隐身和不可预知的方式注入到系统中。其中DoS是DenialofService的简称，即拒绝服务，造成DoS的攻击行为被称为DoS攻击，其目的是使计算机或网络无法提供正常的服务。在各种恶意攻击中，DoS攻击可以使得执行器和传感器数据被阻挡而不是到达它们各自的目的地并导致相关组件的数据缺失，进一步影响控制系统的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对DoS攻击使得执行器和传感器数据被阻挡，导致相关组件的数据缺失的问题，提出一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法。本专利技术的技术方案是：本专利技术提供一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法,该方法的设计包括步骤如下第一步，建立四分之一主动悬架系统模型；其中：t表示时刻，是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，A，B，C以及D是该状态方程的系数矩阵，u(t)是主动控制力，ω(t)是路面输入，z(t)是控制输出变量；第二步，当控制器与执行器之间的网络受到DoS(denial-of-service)攻击时，采用下述主动悬架切换系统模型来描述：其中：是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，αi(t)是随机变量，Ci和Di是状态方程的系数矩阵，i是汽车悬架子系统的编号，N表示汽车悬架子系统的总数，ω(t)是路面输入，h是采样周期，lk是数据包的编号，lk(k＝1,2,3…)是正实数且τk是第lk个数据包的传输时间，ηm是η(t)的下界，ηM是{(lk+1-lk)h+τk+1,k＝1,2,…}的上界，z(t)是控制输出变量，t0表示初始时刻，t表示当前时刻；Φ(t)表示状态变量的初始时刻；第三步，建立状态反馈控制器：u(t)＝Kix(t-η(t))其中：η(t)为网络延迟；第四步，采用H∞控制的方法求得控制器的反馈增益Ki，更新第二步的主动悬架切换系统模型，进行主动悬架可靠性控制。进一步地，第二步中,随机变量αi(t)采用下述公式：其中：σ(t)表示DoS攻击时的切换信号，当不受DoS攻击的时候i＝1，受到DoS的时候i＝2；此时，汽车悬架系统分成了两个子系统。进一步地，通过概率统计得到每一个子系统停留的概率满足下列条件：其中，E{αi(t)}表示αi(t)的数学期望。进一步地，ηm取为0，ηM为0.39，H∞范数界γ为3。进一步地，第二步中，其中Ai和Bi是第i个子系统的状态参数矩阵，ΔAi(t)和ΔBi(t)是系统中的不确定项，并且满足以下条件：[ΔAi(t)ΔBi(t)]＝GiFi(t)[E1iE2i],其中Gi，E1i和E2i是具有适当维数的实矩阵，函数Fi(t)是不确定矩阵且满足FiT(t)Fi(t)≤I。进一步地，η(t)是网络延时，包含了数据丢包和延迟信息。进一步地，第一步中,路面输入ω(t)为扰动参数，采用传感器获取的路面位移数据。本专利技术的有益效果：本专利技术考虑DoS攻击发生在控制器与执行之间网络中的情况，采用随机切换的方法来处理攻击，使主动悬架系统在受到攻击与不受攻击两个子系统来回切换。在采取本专利技术的方法后，受到攻击的悬架系统控制的可靠性得到保证。本专利技术的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1示出了本专利技术的流程图。图2示出了车辆悬架系统控制流程图。图3示出了实施例中切换序列示意图。图4示出了实施例中的状态响应曲线。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。本专利技术提供一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法,该方法的设计包括步骤如下第一步，建立四分之一主动悬架系统模型；其中：t表示时刻，是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，A，B，C以及D是该状态方程的系数矩阵，u(t)是主动控制力，ω(t)是路面输入，z(t)是控制输出变量；第二步，当控制器与执行器之间的网络受到DoS(denial-of-service)攻击时，采用下述主动悬架切换系统模型来描述：其中：是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，αi(t)是随机变量，Ci和Di是状态方程的系数矩阵，i是汽车悬架子系统的编号，N表示汽车悬架子系统的总数，ω(t)是路面输入，h是采样周期，lk是数据包的编号，lk(k＝1,2,3…)是正实数且τk是第lk个数据包的传输时间，ηm是η(t)的下界，ηM是{(lk+1-lk)h+τk+1,k＝1,2,…}的上界，z(t)是控制输出变量，t0表示初始时刻，t表示当前时刻；Φ(t)表示状态变量的初始时刻；第三步，建立状态反馈控制器：u(t)＝Kix(t-η(t))其中：η(t)为网络延迟；第四步，采用H∞控制的方法求得控制器的反馈增益Ki，更新第二步的主动悬架切换系统模型，进行主动悬架可靠性控制。具体实施时，本专利技术的设计原理如下：我们通过传感器可以获得四分之一主动悬架系统的相关数据，采样器将这些数据以数据包的形式通过网络传递给控制器，控制器通过采样来的数据来决定可控制作用力装置输出相应的作用力，之后通过网络将信号传递给执行机构，最后由执行机构来执行控制器的指令。现我们考虑在控制器与执行器之间的网络受到了DoS攻击这一情况。本专利技术基于情况采用随机切换的方法来处理攻击，使主动悬架系统在受到攻击与不受攻击两个子系统来回切换。之后设计控制器并进行反馈增益的求解，最终在MATLAB中进行仿真模拟，仿真结果表明所提出的方法能在DOS网络攻击的情况下使主动悬架系统的可靠性得到保证。1.系统建模在本项目的研究中，二自由度四分之一汽车悬架模型被考虑用于控制器设计。该模型已广泛用于研究中，因为它可以捕捉许多复杂悬架模型的许多重要特征。对于四分之一汽车悬架模型，簧载和非簧载质量的运动控制方程可表示为其中ms是簧载质量，代表汽车底盘；mu是非簧载质量，代表轮组件；cs和ks分别是被动悬架的阻尼和刚度；kt和ct分别代表充气轮胎的可压缩性和阻尼性；zs(t)和zu(t)分别是簧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法，其特征在于，该方法的设计包括步骤如下第一步，建立四分之一主动悬架系统模型；

【技术特征摘要】
1.一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法，其特征在于，该方法的设计包括步骤如下第一步，建立四分之一主动悬架系统模型；其中：t表示时刻，是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，A，B，C以及D是该状态方程的系数矩阵，u(t)是主动控制力，ω(t)是路面输入，z(t)是控制输出变量；第二步，当控制器与执行器之间的网络受到DoS(denial-of-service)攻击时，采用下述主动悬架切换系统模型来描述：其中：是该系统的状态方程，x(t)是状态变量，αi(t)是随机变量，Ci和Di是状态方程的系数矩阵，i是汽车悬架子系统的编号，N表示汽车悬架子系统的总数，ω(t)是路面输入，h是采样周期，lk是数据包的编号，lk(k＝1,2,3…)是正实数且τk是第lk个数据包的传输时间，ηm是η(t)的下界，ηM是{(lk+1-lk)h+τk+1,k＝1,2,…}的上界，z(t)是控制输出变量，t0表示初始时刻，t表示当前时刻；Φ(t)表示状态变量的初始时刻；第三步，建立状态反馈控制器：u(t)＝Kix(t-η(t))其中：η(t)为网络延迟；第四步，采用H∞控制的方法求得控制器的反馈增益Ki，更新第二步的主动悬架切换系统模型，进行主动悬架可靠性控制。2.根据权利要求1所述的一种控制器与执行器之间的网络受到DoS攻击时主动悬架可靠性控制的方法,其特征是第二步中,随机变量αi(t)采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：储尧，孙翔，顾洲，阚宇超，李元哲，钱孝龙，林榆森，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32