網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)是將原有的控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。因此,網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有布線簡(jiǎn)單、安裝成本低、便于維護(hù)、共享資源、可移動(dòng)性以及可移植性強(qiáng)等眾多特點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)際工業(yè)控制系統(tǒng)當(dāng)中,成為控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。然而,通信網(wǎng)絡(luò)的存在破壞了原有控制系統(tǒng)的封閉性,使控制系統(tǒng)容易遭受到惡意攻擊,對(duì)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響。針對(duì)控制系統(tǒng)的惡意攻擊種類很多,其中最容易實(shí)現(xiàn)并且危害最嚴(yán)重的是拒絕服務(wù)攻擊。本文在考慮遭受到拒絕服務(wù)攻擊的情況下,對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)進(jìn)行建模。利用博弈論進(jìn)行攻擊策略以及防御策略的設(shè)計(jì),同時(shí)進(jìn)行了最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì),保證網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)在遭受到拒絕服務(wù)攻擊時(shí)仍可以穩(wěn)定運(yùn)行且性能最優(yōu)。主要的研究成果如下:首先,研究了帶有執(zhí)行器飽和的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)在遭受到拒絕服務(wù)攻擊時(shí)的最優(yōu)控制問題。在通信網(wǎng)絡(luò)中引入入侵檢測(cè)系統(tǒng),并利用博弈論來描述入侵檢測(cè)系統(tǒng)與拒絕服務(wù)攻擊之間的關(guān)系。同時(shí)給出納什均衡策略的存在性以及唯一性,得到最優(yōu)的遞包率。在已知遞包率的情況下,采用迭代自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法得到了帶有執(zhí)行器飽和網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制器和最優(yōu)性能指標(biāo)。其次,在考慮遭受到拒絕服務(wù)攻擊時(shí),進(jìn)行了分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制研究。考慮每個(gè)子系統(tǒng)都存在執(zhí)行器飽和、測(cè)量噪聲、隨機(jī)擾動(dòng)以及耦合概率約束,并將耦合概率約束轉(zhuǎn)化成了確定性約束。同時(shí)設(shè)計(jì)了防御策略,降低了拒絕服務(wù)攻擊對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)造成的影響。給出了最優(yōu)控制器的設(shè)計(jì)方法,保證分布式網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)在所有約束滿足的條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。然后,進(jìn)行了無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的安全問題分析研究。引入信噪比的概念,并將其作為拒絕服務(wù)攻擊者的性能指標(biāo)。同時(shí)利用合作博弈設(shè)計(jì)了最優(yōu)的攻擊策略,使得拒絕服務(wù)攻擊對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)的攻擊效果最大。進(jìn)而,在攻擊效果最大的情況下,設(shè)計(jì)了最優(yōu)控制器。保證了無線網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)在最大攻擊下仍可以穩(wěn)定運(yùn)行,并且性能最優(yōu)。最后,搭建了直線倒立擺網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。介紹了NetCon系統(tǒng)以及直線倒立擺系統(tǒng),并對(duì)直線倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了建模。在遭受到拒絕服務(wù)攻擊的情況下,采用線性二次型控制器不僅可以使系統(tǒng)穩(wěn)定,還可以保證系統(tǒng)的性能最優(yōu)。利用搭建的直線倒立擺網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了驗(yàn)證。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.08;TP273

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本文編號(hào)：2817388