本發(fā)明涉及滑模容錯安全控制，特別是指一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、基于通信、計算機和控制技術(shù)的信息物理系統(tǒng)因其先進的感知、計算和通信能力而備受關(guān)注。信息物理系統(tǒng)作為一種新型智能系統(tǒng)，將物理空間和信息空間緊密結(jié)合，在工業(yè)自動化系統(tǒng)和其他大型基礎(chǔ)設(shè)施中有著廣泛的應(yīng)用。在這種結(jié)構(gòu)下，通信網(wǎng)絡(luò)的開放性提高了物理系統(tǒng)的效率，但也帶來了系統(tǒng)集成和安全方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。在信息物理系統(tǒng)中，dos攻擊因為不需要有關(guān)系統(tǒng)的全面信息，能夠中斷數(shù)據(jù)傳輸，對信息物理系統(tǒng)的安全性造成嚴重威脅。因此，考慮dos攻擊對系統(tǒng)的影響，信息物理系統(tǒng)的安全性受到了越來越廣泛的關(guān)注。

2、在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，除了惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊外，無線信道的固有因素，如信道老化、數(shù)據(jù)包擁塞等，也會造成隨機丟包，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至不穩(wěn)定。

3、現(xiàn)有的滑模容錯安全控制問題的研究主要考慮了由于信道老化、數(shù)據(jù)包擁塞等原因造成的丟包現(xiàn)象，然后周期性dos攻擊也會造成丟包的情況。除了丟包以外，信息物理系統(tǒng)的物理層中可能會發(fā)生物理故障，并且大部分研究成果主要關(guān)注的是系統(tǒng)的無限行為。對此，目前針對信息物理系統(tǒng)還未有同時考慮周期性dos干擾攻擊和丟包的有限時滑模容錯安全控制方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有針對信息物理系統(tǒng)還未有同時考慮周期性dos干擾攻擊和丟包的有限時滑模容錯安全控制方案的技術(shù)問題，本發(fā)明實施例提供了一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法及系統(tǒng)。所述技術(shù)方案如下：

2、一方面，提供了一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法，其特征在于，所述方法包括：

3、s1、建立具有參數(shù)不確定性和執(zhí)行器故障的離散信息物理系統(tǒng)的動態(tài)模型；

4、s2、針對周期性dos干擾攻擊和丟包進行數(shù)學(xué)建模，獲取丟包情況；

5、s3、根據(jù)丟包情況，結(jié)合所述動態(tài)模型設(shè)計狀態(tài)觀測器和故障觀測器，獲取估計信息；

6、s4、設(shè)計基于估計信息的線性滑模面；基于所述線性滑模面設(shè)計滑模容錯安全控制器；

7、s5、基于所述滑模容錯安全控制器，對周期性dos干擾攻擊和丟包的離散信息物理系統(tǒng)，進行有限時間滑模容錯安全控制。

8、可選地，s1中，建立具有參數(shù)不確定性和執(zhí)行器故障的離散信息物理系統(tǒng)的動態(tài)模型，包括：

9、建立具有參數(shù)不確定性和執(zhí)行器故障的離散信息物理系統(tǒng)的動態(tài)模型，所述動態(tài)模型的狀態(tài)方程如下述公式（1）所示：

10、（1）

11、其中，表示狀態(tài)信號,表示控制輸入信號，表示測量輸出信號；表示執(zhí)行器故障，表示外部擾動；實矩陣是指滿足的有界參數(shù)不確定性，其中滿足；和是已知的具有適當維數(shù)的常數(shù)矩陣。

12、可選地，s2中，針對周期性dos干擾攻擊和丟包進行數(shù)學(xué)建模，獲取丟包情況，包括：

13、通過下述公式（2）定義變量，描述周期性dos干擾攻擊策略：

14、(2)

15、其中，為周期數(shù)；當時，表示攻擊休眠時間；當時，表示第n個周期中的攻擊時間；設(shè)為攻擊者的動作周期，為靜默期的持續(xù)時間，其中為一組正整數(shù)；

16、根據(jù)dos攻擊者的周期性攻擊策略，當攻擊者處于休眠狀態(tài)時，只考慮無線信道固有因素造成的隨機丟包，在攻擊時間段內(nèi)，dos攻擊者根據(jù)所擁有的總能量選擇干擾功率對無線信道進行攻擊；因此，當時，丟包是由無線信道固有因素造成的，當時，丟包是由周期性dos攻擊造成的。

17、令表示在dos攻擊和信道固有因素的影響下，觀測器是否能成功接收到數(shù)據(jù)包如下述公式（3）所示

18、?(3)

19、將丟失的測量值替換為最新接收到的數(shù)據(jù)，得到實際測量值：

20、?????????(4)。

21、可選地，s3，根據(jù)丟包情況，結(jié)合所述動態(tài)模型設(shè)計狀態(tài)觀測器和故障觀測器，獲取估計信息，包括：

22、實際測量值，構(gòu)造如下述公式（5）的觀測器：

23、(5)

24、其中,?是的估計值，是的估計值；為待確定的狀態(tài)觀測器增益矩陣，為待確定的故障觀測器增益矩陣。

25、可選地，s4中，設(shè)計基于估計信息的線性滑模面，包括：

26、根據(jù)所述信息物理系統(tǒng)的狀態(tài)估計設(shè)計滑模面函數(shù)，根據(jù)所述滑模面函數(shù)，設(shè)計趨近律，進而設(shè)計基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法。

27、可選地，s4中，基于所述線性滑模面設(shè)計滑模容錯安全控制器，包括：

28、滑模容錯安全控制器設(shè)計如下式（6）所示

29、???????(6)

30、其中，。

31、另一方面，提供了一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用于基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法，該系統(tǒng)包括：

32、動態(tài)模型建立模塊，用于建立具有參數(shù)不確定性和執(zhí)行器故障的離散信息物理系統(tǒng)的動態(tài)模型；

33、數(shù)學(xué)建模模塊，用于針對周期性dos干擾攻擊和丟包進行數(shù)學(xué)建模，獲取丟包情況；

34、觀測器設(shè)計模塊，用于根據(jù)丟包情況，結(jié)合所述動態(tài)模型設(shè)計狀態(tài)觀測器和故障觀測器，獲取估計信息；

35、滑模容錯安全控制器設(shè)計模塊，用于設(shè)計基于估計信息的線性滑模面；基于所述線性滑模面設(shè)計滑模容錯安全控制器；

36、滑模容錯安全控制模塊，用于基于所述滑模容錯安全控制器，對周期性dos干擾攻擊和丟包的離散信息物理系統(tǒng)，進行有限時間滑模容錯安全控制。

37、另一方面，提供一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制器，基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制器用于實現(xiàn)上述基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法。

38、另一方面，提供一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制設(shè)備，所述基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制設(shè)備包括：處理器；存儲器，所述存儲器上存儲有計算機可讀指令，所述計算機可讀指令被所述處理器執(zhí)行時，實現(xiàn)如上述基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法中的任一項方法。

39、另一方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)中存儲有至少一條指令，所述至少一條指令由處理器加載并執(zhí)行以實現(xiàn)上述基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法中的任一項方法。

40、本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

41、本發(fā)明實施例中為具有周期性dos干擾攻擊和丟包的信息物理系統(tǒng)，提供一種基于觀測器方法的有限時滑模容錯安全控制方法。通過在統(tǒng)一的框架內(nèi)考慮由周期性dos干擾攻擊和內(nèi)部信道因素造成的丟包現(xiàn)象，提出了一種更新策略。然后，在更新策略下設(shè)計觀測器來估計系統(tǒng)狀態(tài)和故障信息?；诠烙嬓畔⒃O(shè)計滑模面和滑模容錯安全控制器，能夠保證滑模面在趨近階段的有限時可達性，以及推導(dǎo)出保證閉環(huán)系統(tǒng)在趨近階段和滑動階段的有限時有界性。對于具有周期性dos干擾攻擊和丟包的離散信息物理系統(tǒng)的有限時滑模容錯安全控制問題的研究還未見到技術(shù)問題。