摘要
网络控制系统(Networked Control System,NCS)是由通信网络组成闭环回路的空间分布式控制系统，因兼具强大的灵活性、发展的便捷性和广泛的兼容性，在不同领域的实际控制系统得到了广泛应用。然而，网络作为一种可靠性较低的通信介质，传输过程中多条信号在同一时间段内集中通信，易受到网络攻击及发生拥塞滞碍，严重时造成网络时延、丢包、无法正常运行等一系列问题。因此，NCS通信过程中的资源受限及网络安全问题亟待解决。基于上述分析，本文就NCS存在通信资源受限以及网络安全等问题展开研究，针对资源受限问题引入量化器缓解网络通信传输压力，同时考虑NCS通过网络进行信号传输时遭受攻击的情况，通过设计控制器，对系统的稳定性及性能展开研究，具体内容如下： (1)针对存在欺骗攻击的NCS，对系统状态进行估计并设计了输出反馈控制器。假设欺骗攻击发生在传感器到控制器的网络通道中，传感器输出信号通过动态量化器进行量化，达到节省带宽资源的目的；基于一种新的集合成员估计方法——椭球估计法，将欺骗数据建模为未知但有界的信号，得到封闭状态估计椭球集。随后将所得状态估计椭球集参数最小化，使得估计状态近似真实状态。在上述工作的基础上，设计输出反馈控制器，使闭环系统在欺骗攻击下满足渐近稳定性，并通过MATLAB仿真数值算例验证所提方法的科学有效性。 (2)针对存在DoS攻击的NCS，对传感器信号问题提出了一种新的量化结构，并设计了H∞输出反馈控制器。为节约有限的信道资源，采用新的量化结构对传感器信号进行量化处理，该量化结构与原始的量化器相比，减小了量化误差。假设网络环境中，控制器到执行器的传输通道中存在DoS攻击，通过将DoS攻击描述为服从Bernoulli分布的概率模型，NCS可建模为具有随机参数的线性离散系统。在分析系统稳定性时，区别于普通二次型Lyapunov函数，选取一种依赖量化误差以及攻击概率的Lyapunov函数，基于稳定性理论和线性矩阵不等式方法，给出使闭环系统为均方意义下指数稳定且满足给定H∞性能指标的输出反馈控制器设计方法。最后通过仿真算例，验证了所提方法的可行性与有效性。 (3)针对存在DoS攻击及资源受限的NCS，研究了离散系统的强鲁棒控制问题。在NCS中引入对数量化器对传感器信号进行量化从而减少信道传输量。假设控制器到执行器传输通道中存在DoS攻击，通过将DoS攻击描述为服从Bernoulli分布的概率模型，NCS建模为具有随机参数的系统。在稳定性分析中，选取一种依赖量化误差及攻击概率的Lyapunov函数。在上述工作基础上，设计动态输出反馈控制器，该控制器满足给定的H∞性能界范数γc，在控制器的作用下使闭环系统在均方意义下指数稳定且具有H∞性能界范数γcl。最后通过仿真算例，验证了控制方法的有效性。
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