delta算子网络化控制系统优化与安全问题研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目Delta算子网络化控制系统优化与安全问题研究作者姓名袁欢欢学科专业控制理论与控制工程指导教师关新平教授2016年5月中图分类号：TP273.2学校代码：10216UDC：623.1密级：公开工学硕士学位论文Delta算子网络化控制系统优化与安全问题研究硕士研究生：袁欢欢导师：关新平教授副导师：刘志新教授申请学位：工学硕士学科专业：控制理论与控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinContro

2、lTheoryandControlEngineeringOPTIMIZATIONANDSECURITYRESEARCHFORNETWORKEDCONTROLSYSTEMSVIAADELTAOPERATORAPPROACHbyYuanHuanhuanSupervisor:ProfessorGuanXinpingYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《Delta算子网络化控制系统优化与安全问题研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位

3、期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《Delta算子网络化控制系统优化与安全问题研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件

4、和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要与传统点对点的本地控制模式相比，网络化控制系统(NetworkedControlSystem，NCS)可以大大减少系统布线，能够节省系统设计成本，增强系统交互性、可维护性和故障诊断能力，已应用于众多领域。近十年中，网络化控制已成为国际控制界研究的热点课题之一。

5、同时，NCSs中存在着很多待解决的问题和挑战。由于网络的接入，打破了原有控制系统的封闭性，网络化控制系统中存在网络诱导时延、数据包丢失、数据包乱序、通信带宽受限以及采样传输方式等问题。随着网络技术的迅猛发展和互联网的广泛使用，网络化在增强控制系统的可移动性和可移植性的同时也使得控制系统受到网络攻击的可能性增加。网络攻击条件下网络控制系统的设计与分析是一个新兴的交叉研究领域，相关研究还处于摸索阶段，其分析和设计的很多问题目前尚未开展研究。本文主要研究了NCSs存在随机时延、丢包和外界扰动时的控制器设计问题。采用Delt

6、a算子对NCSs进行建模，主要用博弈论的方法实现复杂NCSs各子系统的性能最优控制。并且针对NCSs遭受网络攻击时进行建模，设计攻击策略和防御策略，保证系统在遭受DoS(DenialofService)攻击时安全运行。主要的研究成果如下：首先，提出在考虑有扰动情况下NCSs的多任务控制结构。通过Delta算子的方法考虑在动态网路环境时，建立非一致采样周期的NCSs模型。采用-纳什均衡的方法来实现在有外界扰动情况下对NCSs的控制。通过博弈论的方法给出NCSs多任务结构下的控制策略和黎卡提方程。通过给出的估计上界来保

7、证系统的鲁棒性。通过二区域负荷频率控制系统仿真验证我们提出算法的优势。其次，研究了带有多源扰动和未知非线性的控制系统。为了克服高频采样时的数值缺陷，我们采用Delta算子的方法来建立控制系统模型。设计了观测器来估计由外源系统产生的扰动。基于扰动观测器的前馈补偿，设计了最优的控制器来优化系统性能。当考虑观测误差，非匹配扰动和未知的非线性时，通过估计-optimum的上界值来保证系统的鲁棒性。将上面的控制器设计方法运用到了一个二区域负荷频率控制系统中，来说明算法的有效性。同时，用球杆系统证明扰动观测器的有效性。再次，考

8、虑无线NCSs的安全问题。无线系统较有线系统具有更高的不确定性，安全问题尤为重要。攻击者发射干扰信号对NCSs中的信息传输者进行攻击。先对网-I-燕山大学工学硕士学位论文络层进行建模，引入信噪比(SignalInterferenceNoiseRatio,SINR)作为通信性能指标，攻击者和传输者都以实现自己的最大收益为目标。网络层通信质量会影响