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摘要1
关键词1
Abstract2
Key words2
引言3
1问题描述4
2 主要结果5
2.1 自适应随机攻击检测器5
2.2 安全控制的实现（SCC）7
3数值仿真10
4结论与讨论13
致谢13参考文献13
随机物理攻击下信息物理融合系统安全控制
摘要
信息物理融合系统（CyberPhysical Systems , CPSs）的安全控制问题一直是一个热门的研究课题。尤其是在随机攻击的威胁下，信息物理融合系统变得更为脆弱。本文主要针对三种不同的随机攻击信号，通过构造攻击的数学模型，并设计相应的控制技术来实现对攻击的处理。第一种是直接注入执行器的随机攻击；其次是通过与系统状态耦合实现攻击传感器的有界随机攻击；第三种是完全未知的无线网络攻击，其可以篡改CPSs的状态信息。针对第一种攻击，构造了自适应随机攻击检测器（ASAD）。基于ASAD的输出，在前馈通道中给予补偿。针对第二种攻击，设计了反馈稳定器来纠正传感器信号。然后结合鲁棒技术设计了一种复合安全控制策略，该策略可以同时处理以上三种攻击，从而实现信息物理融合系统的安全控制性能。最后，通过数值仿真结果验证了该策略的有效性。
引言
网络技术日新月异，而对于现代化的控制系统，集网络系统、控制系统以及信息系统于一体，相关的有分布式控制系统、工业现场控制系统等等。针对这一类系统的研究，信息物理融合系统的概念便问世了。顾名思义，信息物理融合系统就是将计算过程和物理过程两者相连接。在对之进行研究的过程中，各种挑战也迎面而来，因此我们需要对系统的安全性和可靠性给予相关的研究。其实，信息物理融合系统就是一种含有控制机制的网络化系统，从控制论的角度来看，当分析信息物理融合系统中的潜在攻击的特点和策略的时候，就需要采用统一的方式去对之进行描述，同时研究信息物理融合系统受到随机攻击之后的安全控制问题，就需要对其可行性条件以及安全状态估计进一步考虑。
由于控制系统所处环境十分多变复杂，许多因素的存在就影响了系统的安全性，例如干扰[14],错误[56],攻 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ^351916072# 
击[79]等等。随着科学技术的发展，信息物理融合系统便发挥着越来越重要的作用。在物理世界中，信息物理融合系统将计算和交流能力与监控和控制的主体结合在一起，这些系统通常是由一系列的“网络代理商”构成，其中包括：传感器，控制器，控制处理单元，交流装置，但这给予了攻击者更多的目标去对信息物理融合系统进行攻击，同时也提高了其攻击成功的可能性。因此，用新颖的攻击挑战安全控制技术正确的控制方案是有效处理网络攻击和物理攻击的边缘工具。
网络攻击则主要包括欺骗式攻击和DOS攻击。近几年，针对信息物理融合系统的网络攻击备受关注[1016]。文献[10]中对带有DOS攻击的信息物理融合系统进行了研究，此外，文献[11]和文献[12]亦给出了相似的结果。在文献[13]中，给出了一个在不破坏闭环稳定性的前提条件下的鲁棒性设计方法，此方法使得频率及DOS攻击的稳定性最大化。文献[14]则讨论了针对网络系统的输出跟踪控制的虚假数据注入攻击的设计问题。至于文献[1516]，则讨论了在执行器和传感器攻击下的基于事件触发安全控制器的信息物理融合系统控制问题。
然而目前针对带有物理攻击的信息物理融合系统的安全控制问题研究很少。这些物理攻击是有敌方注入系统，其目的是为了篡改信息物理融合系统的状态信息，直接的与信息物理融合系统的安全性挂钩。在本篇文章中，则重点给出了随机物理攻击下的信息物理融合系统安全控制的方案。本文主要的创新点如下：
（1）设计了一个随机攻击信号新模型，此模型提高了攻击成功的概率又减少了攻击所付出的代价。另外，设计了一款自适应性随机攻击检测器（ASAD），能有效的去纠正攻击信号；
（2）当系统受到多重随机物理攻击时，将带有反馈稳定器的自适应性随机攻击检测器（ASAD）和鲁棒性技术相结合，此安全控制方案就能够很大程度上确保信息物理融合系统的安全性。
本篇文章的剩余部分则由以下几个方面组成。第二章给出问题的叙述，第三章阐述主要的结果，第四章进行仿真模拟，第五章对本篇文章进行了一个简要的总结。
1问题描述
考虑如下信息物理融合系统：

(1)
其中，
是系统状态，
是系统控制输入,
是受损状态，
是受损的控制输入。
，
是相应的参数矩阵，且(A,B)能控。
是传感器攻击，可表示为

, (2)
其中，
和
是根据相应的物理性质给出的参数矩阵。
是有界的随机攻击信号，其通过实现与状态信号的耦合来攻击传感器。
是完全未知的攻击信号，其通过无线网络注入，破坏系统(1)的状态信息。由于网络受限，攻击信号
是有界的且满足如下的假设：
假设1：假设
是一个光滑的非线性函数，
且满足

(3)
其中，
为给定参数。
假设2：未知的随机攻击信号
可借助如下正弦分量的叠加形式进行逼近，

(4)
其中，
和
分别代表未知的虚拟振幅，未知虚拟频率和未知虚拟相位。
是正弦的叠加数量。
基于假设2,未知的随机攻击信号
的输出被描述为如下线性外生系统:

(5)

(6)

原文链接：http://www.jxszl.com/jsj/xxaq/607033.html