DOS攻擊下非線性NCSs觀測(cè)器與控制器協(xié)同設(shè)計(jì)

胡亞猛 林崇

摘要： ?針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中存在的阻礙網(wǎng)絡(luò)通信問題，本文基于觀測(cè)器，研究了一類非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在非周期拒絕服務(wù)（denial of service，DOS）攻擊下的控制問題。設(shè)計(jì)了一種彈性事件觸發(fā)方案，并充分考慮非周期DOS攻擊和事件觸發(fā)方案的影響，基于TS模糊模型，建立了一種切換系統(tǒng)模型。通過構(gòu)造LyapunovKrasovskii泛函，并基于線性矩陣不等式方法，分析了系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性，提出了一種控制器和觀測(cè)器的協(xié)同設(shè)計(jì)方法。最后，以文獻(xiàn)[13]中的卡車拖車系統(tǒng)為例，通過Matlab的LMI工具箱進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，切換系統(tǒng)在非周期的DOS攻擊下是漸進(jìn)穩(wěn)定的，驗(yàn)證了所得結(jié)果的有效性。該研究對(duì)非線性網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)抵抗外部攻擊具有重要意義。

關(guān)鍵詞： ?DOS攻擊; 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng); LyapunovKrasovskii泛函; 事件觸發(fā)方案; 控制器

中圖分類號(hào)： TP271.62 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合文獻(xiàn)[13]提出的網(wǎng)絡(luò)化TS模糊系統(tǒng)基于觀測(cè)器的控制器設(shè)計(jì)方法，引入了非周期的DOS干擾攻擊下，將文獻(xiàn)[15]中線性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在周期性DOS攻擊下基于觀測(cè)器的控制器設(shè)計(jì)問題推廣至非線性系統(tǒng)。為了應(yīng)對(duì)非周期性的DOS干擾攻擊，提出了一種動(dòng)態(tài)事件觸發(fā)方案，并且充分考慮了事件觸發(fā)方案和DOS干擾攻擊對(duì)原系統(tǒng)前提變量和隸屬度函數(shù)的影響，建立了基于TS模糊模型的切換系統(tǒng)模型。在此基礎(chǔ)上，提出了觀測(cè)器、控制器和事件觸發(fā)方案的協(xié)同設(shè)計(jì)方法，并通過仿真實(shí)例，驗(yàn)證了本文所提出設(shè)計(jì)方法的有效性。下一步將考慮存在的外部干擾情況或考慮其他攻擊方式，例如欺詐攻擊和混合攻擊。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhang X M， Han Q L， Ge X H， et al. Networked control systems： ?a survey of trends and techniques[J]. IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica， 2020， 7（1）： 117.

[2] Liu D， Yang G H， Er M J. Eventtriggered control for TS fuzzy systems under asynchronous network communications[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems， 2020， 28（2）： 390399.

[3] Zhang L X， Gao H J， Kaynak O. Networkinduced constraints in networked control systemsa survey[J]. Industrial Informatics IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2013， 9（1）： 403416.

[4] Tabuada P. Eventtriggered realtime scheduling of stabilizing control tasks[J]. IEEE Transactions on Automatic Control， 2007， 52（9）： 16801685.

[5] You X， Hua C C， Guan X P. Selftriggered leaderfollowing consensus for highorder nonlinear multiagent systems via dynamic output feedback control[J]. IEEE Transactions on Cybernetics， 2019， 49（6）： ?20022010.

[6] Zhang J H， Feng G. Eventdriven observerbased output feedback control for linear systems[J]. Automatica， 2014， 50（7）： 18521859.

[7] Takagi T， Sugeno M. Fuzzy identification of systems and its applications to modeling and control[J]. Readings in Fuzzy Sets for Intelligent Systems， 1993， 15（1）： 387403.

[8] Lam H K. A review on stability analysis of continuoustime fuzzymodelbased control systems： ?From membershipfunctionindependent to membershipfunctiondependent analysis[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence， 2018， 67： 390408.

[9] Ye D， Diao N N， Zhao X G. Faulttolerant controller design for general polynomialfuzzymodelbased systems[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems， 2018， 26（2）： 10461051.

[10] Dong J X， Yang G H. Stability analysis of TS fuzzy control systems by using set theory[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems， 2014， 23（4）： 827841.

[11] Li H Y， Pan Y N， Shi P， et al. Switched fuzzy output feedback control and its application to massspringdamping system[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems， 2016， 24（6）： ?12591269.

[12] Zhang K， Jiang B， Shi P， et al. Analysis and design of robust H∞ fault estimation observer with finitefrequency specifications for discretetime fuzzy systems[J]. IEEE Transactions on Cybernetics， 2015， 45（7）： 12251235.

[13] Peng C， Ma S D， Xie X P. Observerbased nonPDC control for networked TS fuzzy systems with an eventtriggered communication[J]. IEEE Transactions on Cybernetics， 2017， 47（8）： ?22792287.

[14] Zhao X， Lin C， Chen B， et al. Adaptive eventtriggered fuzzy H∞ filter design for nonlinear networked systems[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems， 2019， 28（12）： 33023314.

[15] Hu S L， Yue D， Han Q L， et al. Observerbased eventtriggered control for networked linear systems subject to denialofservice attacks[J]. IEEE Transactions on Cybernetics， 2020， 50（5）： ?19521964.

[16] Gu Z， Zhou X H， Zhang T， et al. Eventtriggered filter design for nonlinear cyberphysical systems subject to deception attacks.[J]. ISA Transactions， 2019， 104： 130137.

[17] De Persis C， Tesi P. Inputtostate stabilizing control under denialofservice[J]. IEEE Transactions on Automatic Control， 2015， 60（11）： 29302944.

[18] Seuret A， Frederic G. Wirtingerbased integral inequality： ?Application to timedelay systems[J]. Automatica， 2013， 49（9）： 28602866.

[19] Zhang X M， Han Q L， Seuret A， et al. An improved reciprocally convex inequality and an augmented LyapunovKrasovskii functional for stability of linear systems with timevarying delay[J]. Automatica， 2017， 84： 221226.