非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，包括以下步骤：A:建立非线性对象模型、执行器饱和模型、基于非线性对象测量输出的事件驱动器；B:建立随机欺骗攻击模型及DOFFSS控制器模型及有机融合随机欺骗攻击、事件驱动器、执行器饱和及网络诱导延时参数的闭环系统模型；C:设计随机欺骗攻击、执行器饱和及网络诱导延时影响下非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计条件，求出事件驱动器参数和等价DOFFSS控制器的增益矩阵，最终得到事件驱动器和DOFFSS控制器。本发明专利技术能够解决现有非线性系统在随机欺骗攻击、执行器饱和及网络诱导延时影响下不能稳定的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法


[0001]本专利技术涉及网络化控制系统领域，尤其涉及一种随机欺骗攻击下非线性系统事件驱动器与动态输出反馈模糊饱和安全(dynamic output feedback fuzzy saturatedsecurity,DOFFSS)控制器联合设计方法。

技术介绍

[0002]网络化控制系统将共享通信网络引入控制闭环，具有柔性高、成本低及安装维护方便等优点，广泛应用于智能电网、智慧交通等领域。网络化控制系统通常采用发展成熟的周期采样控制策略，为了在最坏情形下保证系统性能，采样率通常设置较高。然而，实际中最坏情形很少发生，高采样率产生的大量冗余数据导致网络带宽等系统受限资源浪费，极大地影响了系统性能。
[0003]不同于周期控制策略忽略系统动态进行按时控制，事件驱动控制策略仅当系统动态满足事件驱动条件时进行按需控制，从而能够节约网络带宽等系统受限资源。然而，现有事件驱动器通常采用连续时间事件驱动机制，该机制需要增加专用监测硬件，且需要复杂前期计算以避免芝诺现象(即有限时间内的无穷多次驱动采样)。
[0004]虽然共享通信网络为网络化控制系统带来了诸多便利，但也引入了使系统性能变差的网络诱导延时，也使系统面临网络攻击威胁。网络攻击大致分为拒绝服务攻击和欺骗攻击，拒绝服务攻击通过阻断通信网络使数据包无法送达；欺骗攻击通过数据篡改产生虚假数据包，欺骗攻击隐蔽性强且危害大，为本专利技术研究的攻击类型。然而，现有成果重点关注如何设计事件驱动机制以节约更多系统资源，较少同时考虑欺骗攻击和网络诱导延时影响。另外，现有事件驱动控制系统分析与综合方法通常假设不存在攻击威胁，此类方法通常不能直接适用于欺骗攻击影响下的事件触发控制系统分析。
[0005]现实中，执行器饱和是控制系统中普遍存在的非线性现象。如果执行器输入量超过饱和阈值，执行器进入饱和状态。在饱和状态下，进一步增加执行器输入量对执行器输出不能产生任何影响。然而，现有成果较少同时考虑执行器饱和及欺骗攻击影响。此外，现有成果通常假设系统状态完全可测并设计状态反馈控制器，然而实际中系统状态通常不能直接获取。
[0006]为了解决上述问题，同时考虑随机欺骗攻击、执行器饱和、网络诱导延时及对象状态不能直接测量影响，本专利技术提出了非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，能够解决现有非线性系统在随机欺骗攻击、执行器饱和及网络诱导延时影响下不能稳定的问题，并能够有效节约网络带宽等系统受限资源，而且能够解除对系统状态完全可测的假设限制。
[0008]本专利技术采用下述技术方案：
[0009]一种非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，包括以下步骤：
[0010]A:建立非线性对象模型和执行器饱和模型，并设计基于非线性对象测量输出的事件驱动器；
[0011]B:建立随机欺骗攻击模型及DOFFSS控制器模型，并建立有机融合随机欺骗攻击、事件驱动器、执行器饱和及网络诱导延时参数的闭环系统模型；
[0012]C:设计随机欺骗攻击、执行器饱和及网络诱导延时影响下非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计条件，求出满足非线性系统通信和控制需求的事件驱动器参数和等价DOFFSS控制器的增益矩阵最终得到满足非线性系统通信和控制需求的事件驱动器和DOFFSS控制器。
[0013]所述的步骤A中，非线性对象模型为：
[0014][0015]其中，为x(t)的导数，x(t)表示对象状态，x(t)为n维实数，表示受执行器饱和影响的控制输入，为n
u
维实数，y(t)表示测量输出，y(t)为n
y
维实数，t 表示时间，A
i
,B
i
和C
i
表示增益矩阵；对象模糊规则数目为r，i表示对象模糊规则序号；替代式且且和θ
g
(t)分别表示第1个、第个和第g个前件变量，g表示前件变量数目，表示前件变量序号,表示前件变量隶属于模糊集的隶属度函数，Σ和Π分别表示累加和累乘运算。
[0016]所述的步骤A中，基于非线性对象测量输出的事件驱动器为：
[0017][0018]式中，δ∈(0,1)为驱动器阈值参数，为正定矩阵，h表示采样周期，t
k
h表示第k个驱动时刻，t
k
h为采样周期的t
k
倍，t
k+1
h表示第k+1个驱动时刻，t
k+1
h为采样周期的t
k+1
倍，下角标k表示驱动时刻序号，表示当前采样时刻，为t
k
h 后第个采样周期，y(t
k
h)和分别表示t
k
h和对应的非线性对象测量输出，min{}表示最小值函数，矩阵的右上角标T表示矩阵的转置。
[0019]所述的步骤A中，执行器饱和模型为：
[0020][0021]其中，表示u(t)的第维分量，u(t)表示不考虑执行器饱和影响的对象控制输入，u(t)为n
u
维实数，表示u(t)的维数序号，和分别表示执行器最大允许输出值和最小允许输出值，表示对应的执行器饱和函数值，sat()表示执行器饱和函数。所述的步骤B中，随机欺骗攻击模型为：
[0022][0023]其中，，表示欺骗攻击函数，a(t)∈{0,1}表示伯努利分布随机变量，当 a(t)＝1时，欺骗攻击激活，控制器输入被篡改；当a(t)＝0时，欺骗攻击休眠，控制器输入未被篡改；G为攻击能量限定矩阵；y(t
‑
η(t))表示时刻t
‑
η(t)对应的非线性对象测量输出，t
‑
η(t)＝t
k
h+n
k
h，e(t)＝y(t
k
h)
‑
y(t
k
h+n
k
h)，y(t
k
h+n
k
h)表示采样时刻 t
k
h+n
k
h对应的非线性对象测量输出。
[0024]所述的步骤B中，DOFFSS控制器模型为：
[0025][0026]其中，为x
c
(t)的导数，x
c
(t)表示控制器状态，x
c
(t)为n维实数，x
c
(t
‑
η(t)) 表示t
‑
η(t)对应的控制器状态，和为增益矩阵；控制器模糊规则数目为r，j表示控制器模糊规则序号，替代式且且表示前件变量隶属于模糊集的隶属度函数。
[0027]所述的步骤B中，有机融合随机欺骗攻击、事件驱动器、执行器饱和及网络诱导延时参数的闭环系统模型为：
[0028][0029]式中，为χ(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，包括以下步骤：A:建立非线性对象模型和执行器饱和模型，并设计基于非线性对象测量输出的事件驱动器；B:建立随机欺骗攻击模型及DOFFSS控制器模型，并建立有机融合随机欺骗攻击、事件驱动器、执行器饱和及网络诱导延时参数的闭环系统模型；C:设计随机欺骗攻击、执行器饱和及网络诱导延时影响下非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计条件，求出满足非线性系统通信和控制需求的事件驱动器参数和等价DOFFSS控制器的增益矩阵最终得到满足非线性系统通信和控制需求的事件驱动器和DOFFSS控制器。2.根据权利要求1所述的非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，所述的步骤A中，非线性对象模型为：其中，为x(t)的导数，x(t)表示对象状态，x(t)为n维实数，表示受执行器饱和影响的控制输入，为n
u
维实数，y(t)表示测量输出，y(t)为n
y
维实数，t表示时间，A
i
,B
i
和C
i
表示增益矩阵；对象模糊规则数目为r，i表示对象模糊规则序号；替代式且且和θ
g
(t)分别表示第1个、第个和第g个前件变量，g表示前件变量数目，表示前件变量序号,表示前件变量隶属于模糊集的隶属度函数，Σ和Π分别表示累加和累乘运算。3.根据权利要求2所述的非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，所述的步骤A中，基于非线性对象测量输出的事件驱动器为：式中，δ∈(0,1)为驱动器阈值参数，为正定矩阵，h表示采样周期，t
k
h表示第k个驱动时刻，t
k
h为采样周期的t
k
倍，t
k+1
h表示第k+1个驱动时刻，t
k+1
h为采样周期的t
k+1
倍，下角标k表示驱动时刻序号，表示当前采样时刻，为t
k
h后第个采样周期，y(t
k
h)和分别表示t
k
h和对应的非线性对象测量输出，min{}表示最小值函数，矩阵的右上角标T表示矩阵的转置。4.根据权利要求3所述的非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，所述的步骤A中，执行器饱和模型为：
其中，表示u(t)的第维分量，u(t)表示不考虑执行器饱和影响的对象控制输入，u(t)为n
u
维实数，表示u(t)的维数序号，和分别表示执行器最大允许输出值和最小允许输出值，表示对应的执行器饱和函数值，sat()表示执行器饱和函数。5.根据权利要求4所述的非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，所述的步骤B中，随机欺骗攻击模型为：其中，表示欺骗攻击函数，a(t)∈{0,1}表示伯努利分布随机变量，当a(t)＝1时，欺骗攻击激活，控制器输入被篡改；当a(t)＝0时，欺骗攻击休眠，控制器输入未被篡改；G为攻击能量限定矩阵；y(t
‑
η(t))表示时刻t
‑
η(t)对应的非线性对象测量输出，t
‑
η(t)＝t
k
h+n
k
h，e(t)＝y(t
k
h)
‑
y(t
k
h+n
k
h)，y(t
k
h+n
k
h)表示采样时刻t
k
h+n
k
h对应的非线性对象测量输出。6.根据权利要求5所述的非线性系统事件驱动器与DOFFSS控制器联合设计法，其特征在于，所述的步骤B中，DOFFSS控制器模型为：其中，为x
c
(t)的导数，x
c
(t)表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李富强，郜丽赛，祁诗阳，谷小青，张益维，郑宝周，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：