網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)是將原有的控制系統(tǒng)與通信網(wǎng)絡相結合。因此,網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)具有布線簡單、安裝成本低、便于維護、共享資源、可移動性以及可移植性強等眾多特點,被廣泛地應用在各個領域的實際工業(yè)控制系統(tǒng)當中,成為控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。然而,通信網(wǎng)絡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,對控制系統(tǒng)的正常運行帶來嚴重的影響。針對控制系統(tǒng)的惡意攻擊種類很多,其中最容易實現(xiàn)并且危害最嚴重的是拒絕服務攻擊。本文在考慮遭受到拒絕服務攻擊的情況下,對網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)進行建模。利用博弈論進行攻擊策略以及防御策略的設計,同時進行了最優(yōu)控制器的設計,保證網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)在遭受到拒絕服務攻擊時仍可以穩(wěn)定運行且性能最優(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)絡化控制系統(tǒng)在遭受到拒絕服務攻擊時的最優(yōu)控制問題。在通信網(wǎng)絡中引入入侵檢測系統(tǒng),并利用博弈論來描述入侵檢測系統(tǒng)與拒絕服務攻擊之間的關系。同時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,采用迭代自適應動態(tài)規(guī)劃算法得到了帶有執(zhí)行器飽和網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制器和最優(yōu)性能指標。其次,在考慮遭受到拒絕服務攻擊時,進行了分布式網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制研究�？紤]每個子系統(tǒng)都存在執(zhí)行器飽和、測量噪聲、隨機擾動以及耦合概率約束,并將耦合概率約束轉(zhuǎn)化成了確定性約束。同時設計了防御策略,降低了拒絕服務攻擊對分布式網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)造成的影響。給出了最優(yōu)控制器的設計方法,保證分布式網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)在所有約束滿足的條件下的穩(wěn)定運行。然后,進行了無線網(wǎng)絡化控制系統(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攻擊者的性能指標。同時利用合作博弈設計了最優(yōu)的攻擊策略,使得拒絕服務攻擊對無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)的攻擊效果最大。進而,在攻擊效果最大的情況下,設計了最優(yōu)控制器。保證了無線網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)在最大攻擊下仍可以穩(wěn)定運行,并且性能最優(yōu)。最后,搭建了直線倒立擺網(wǎng)絡化實驗平臺。介紹了NetCon系統(tǒng)以及直線倒立擺系統(tǒng),并對直線倒立擺系統(tǒng)進行了建模。在遭受到拒絕服務攻擊的情況下,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)絡化實驗平臺進行了驗證。
【學位單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP393.08;TP273

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