设计自适应分散控制器以应对CPS系统间歇性DoS攻击

本文针对工业自动化领域中的Cyber Physical Systems（CPS）系统在遭遇间歇性DoS（拒绝服务）攻击时，如何保持系统的安全性和可控性进行了深入研究。文章首先介绍了CPS的应用背景及其面临的网络安全隐患，随后提出了两个关于间歇性DoS攻击的关键假设，并详细描述了此类攻击的特征以及相应的网络化测控模型。在处理未知连续函数方面，文中简述了模糊逻辑系统的作用。 在保障闭环信号有界性和输出约束条件得到满足的前提下，作者提出了一种基于观测器的状态估计器设计方案，并设计了一套自适应背向步（backstepping）安全控制系统。利用莱普诺夫稳定理论，文章解决了不同时间区间内误差系统稳定性的挑战，并设计了合适的触发机制以保证控制策略的有效实施。 最后，通过验证所提出的自适应分布式控制方案，文章确保了整个闭环系统在遭受攻击后仍能保持稳定性，并使所有信号维持在局部均匀最终范围内。本研究对于从事自动控制领域科研工作的专业人士、高等院校研究生及学者而言，提供了在现代复杂工控环境中，如何应对DoS干扰后系统恢复与稳定控制方法的研究思路，有助于构建能应对实际应用场景变化的高鲁棒性工业智能自动化体系架构，并探索模糊推理机制在处理非精确数学模型方面的能力。 知识点详细说明： 1. 工业自动化与CPS系统：随着控制技术、通信技术和计算机技术的快速发展，CPS系统应运而生，促进了工业自动化的发展，实现了物理世界与信息世界的深度融合。CPS能够有效提升物理和网络部分之间的协同作用，增强系统的“智能化”。CPS的应用广泛，涉及智能建筑、电网、化工过程、矿山监控和智能交通系统等领域。 2. CPS系统的安全性问题：由于CPS系统普遍采用了嵌入式网络控制技术，因此其对网络攻击的脆弱性也随之增加。近年来，CPS的安全问题已成为控制领域研究的热点之一。 3. DoS攻击及间歇性攻击特征：DoS攻击是一种通过向目标系统发送大量请求以消耗系统资源或带宽的网络攻击方式，导致合法用户无法正常访问资源。在CPS系统中，间歇性DoS攻击意味着攻击不是持续进行，而是存在周期性的攻击和休止阶段。 4. 网络化测控模型：在研究CPS系统时，必须考虑其网络化的测量和控制特性，这些特性对于整个系统的行为有重要影响。 5. 模糊逻辑系统：模糊逻辑系统能够处理系统中不精确或者不确定的连续函数，提供了一种处理复杂和不确定性的手段。 6. 自适应分散安全控制方案：本研究提出了一种创新的控制方案，通过自适应机制和分散控制策略来增强系统在面对攻击时的稳定性和恢复能力。 7. 莱普诺夫稳定理论：这是一种用于确定系统稳定性的数学方法，通过分析系统的动态行为来证明稳定性的存在。 8. 触发机制设计：设计合适的触发机制是确保控制策略能够有效执行的关键，它决定了系统在何时启动特定的控制响应。 9. 系统稳定性与信号有界性：在CPS系统中，确保闭环信号有界性以及系统在受到攻击后的信号维持在局部均匀最终范围内是至关重要的。 通过上述知识点的介绍和分析，我们可以看到，工业自动化领域的研究不仅涉及技术的进步，同时也面临着来自网络安全的严峻挑战。自适应分散安全控制器的设计与稳定性分析在确保CPS系统在遭受攻击时保持功能正常和安全运行方面起到了至关重要的作用。