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电力信息物理系统网络攻击检测

电力信息物理系统网络攻击检测

作者：李泓良东北电力大学

学位级别：硕士

电力系统中传感器数量、通信网络规模和覆盖范围、决策单元数量的增加,促使着电力系统同网络系统深度的连接,这为系统更高效、更安全的运行提供了基础。随着信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)概念的提出,CPS同各工业领域发展为... 详细信息

电力系统中传感器数量、通信网络规模和覆盖范围、决策单元数量的增加,促使着电力系统同网络系统深度的连接,这为系统更高效、更安全的运行提供了基础。随着信息物理系统(Cyber Physical System,CPS)概念的提出,CPS同各工业领域发展为不同的CPS子系统。电力信息物理系统(Cyber Physical Power System,CPPS)是典型的信息物理系统子系统。在系统优化运行、实时监控系统状态、电网安全问题的快速反应等方面,CPPS有极大的发展潜力。物理系统和网络系统的耦合离不开通信网络的支持,而电网数据具有实时性,这要求通信网络低延迟且传输稳定,一般的加密手段无法应用到电网数据传输中。这使得电网容易受到网络攻击的威胁。网络攻击成本低、攻击多样化、攻击后果严重。因此,CPPS的安全防护对CPPS研究具有重要的意义。本文主要研究CPPS中的网络攻击检测,主要研究内容包含以下三个部分:首先,基于反正切滑模观测器的执行器攻击检测方法研究。根据发电机转子摆动方程和系统直流潮流方程对电力系统进行数学建模。而后,用反正切滑模观测器来估计系统的状态,重建攻击,结合攻击检测逻辑检测系统中的网络攻击。随后,以IEEE 9节点电力系统为例,用仿真验证上述检测方案的有效性。其次,基于滑模观测器的动态负载改变攻击检测方法研究。对结合动态负载改变攻击对系统建模。将h性能指标应用到滑模观测器设计中,来约束攻击对估计误差的影响。通过滑模观测器估计系统状态,并生成一个偏差信号。引入攻击检测逻辑,通过残差信号检测系统中的攻击。随后,用软件仿真验证上述检测方案的有效性,并用半实物仿真验证软件仿真在时间上的真实性和检测方案在现实中的可行性。最后,基于自适应双控制律滑模观测器的一般形式网络攻击检测方法研究。通过自适应系数结合双控制律设计观测器。使观测器同时具备稳态误差小,跟踪曲线平滑,当跟踪目标突变时快速跟踪,鲁棒性强。而后,用h性能指标来设计观测器增益以约束攻击在残差中的能量。设计区间检测器,通过划分区间设计不同检测方案的方式来加强检测器对隐蔽性较强的网络攻击的检测能力。随后,给出了攻击检测方案的软件仿真和半实物仿真以验证检测方案的有效性、时间上真实性、现实中的可行性。

关键词：电力信息物理系统网络攻击检测滑模观测器 H∞性能指标攻击重建区间检测器

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基于事件触发的切换系统控制研究

基于事件触发的切换系统控制研究

作者：谢智敏东北电力大学

学位级别：硕士

在实际工程中,现代计算机通信和信号处理技术迅猛发展,网络化系统能够实现系统的远程控制和检测并且有效地提高了控制系统的灵活性和可靠性。由于事件触发采样机制具有降低冗余采样或数据传输以及传感器节点能量损耗方面的优势,将事件... 详细信息

在实际工程中,现代计算机通信和信号处理技术迅猛发展,网络化系统能够实现系统的远程控制和检测并且有效地提高了控制系统的灵活性和可靠性。由于事件触发采样机制具有降低冗余采样或数据传输以及传感器节点能量损耗方面的优势,将事件触发机制和网络化系统相结合的控制策略势在必行。本文将引入双边事件触发机制,对多种切换系统的稳定性展开研究,包括带有双边事件触发的切换系统有限时间控制问题、带有双边事件触发的切换系统有限时间h控制问题、带有双边事件触发的不确定切换系统h控制问题,以及带有双边事件触发的不确定切换系统有限时间h控制问题,具体研究内容介绍如下:首先,对带有双边事件触发的切换系统进行研究,讨论线性切换系统有限时间问题。分别根据切换系统的输出信号和控制器的输出信号设计了两个事件触发器的触发条件,依赖闭环误差切换系统建立满足有限时间有界和输入-输出有限时间稳定性的判据。通过使用线性矩阵不等式工具箱对这两个判定条件进行求解,得到状态反馈控制器和全维观测器的控制参数。最后,通过在MATLAB/Simulink中进行数值仿真,对设计方案进行验证。其次,对带有双边事件触发的切换系统,讨论了其有限时间h控制问题。依赖闭环误差切换系统建立满足有限时间有界性判据,并且探讨系统是否存在h性能指标,通过使用线性矩阵不等式工具箱对这两个判定条件进行求解,得到状态观测器和状态反馈控制器的控制参数。最后,通过在MATLAB/Simulink中进行数值仿真,对设计方案进行验证。再次,针对不确定切换系统,研究了双边事件触发h控制问题。将不确定切换系统的控制输入、测量输出信号与事件触发条件相融合,得到新的控制输入和测量输出信号。将闭环系统建模成具有状态时滞的不确定时滞切换系统,利用李雅普诺夫函数法和平均驻留时间法,得到闭环不确定时滞系统指数稳定且存在h扰动衰减指标,并且给出了状态反馈控制器基于线性矩阵不等式(LMIs)的设计方法。最后,通过在MATLAB/Simulink中进行数值仿真,对设计方案进行验证。最后,针对不确定时滞切换系统,研究了其有限时间h控制问题。在两个事件触发器的作用下,利用平均驻留时间方法,得到了闭环时滞不确定切换系统满足有限时间有界并存在h扰动衰减指标的判定条件。然后,将判定条件转化为可以通过LMIs求解的线性的矩阵不等式,得到控制器和观测器的设计方法。最后,通过在MATLAB/Simulink中进行数值仿真,对设计方案进行验证。

关键词：切换系统不确定切换系统事件触发机制有限时间 H∞性能指标

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基于切换原理的含损失数据系统的间歇式控制

控制与决策 2018年第2期33卷 376-380页

作者：王宏伟连捷夏浩大连理工大学控制科学与控制工程学院辽宁大连116024

针对含有数据丢失的不确定性连续系统,采用切换控制理论对其进行研究.首先,讨论含有损失数据连续系统的工作状态和相应的模型;然后,采用间歇式控制方式,即在数据持续反馈期间对系统持续施加控制信号,在数据持续丢失期间不施加控制信号,... 详细信息

针对含有数据丢失的不确定性连续系统,采用切换控制理论对其进行研究.首先,讨论含有损失数据连续系统的工作状态和相应的模型;然后,采用间歇式控制方式,即在数据持续反馈期间对系统持续施加控制信号,在数据持续丢失期间不施加控制信号,对含有最大数据丢失率和外部干扰的不确定性系统,利用切换控制原理对其进行研究,并以定理形式给出控制器设计方法;最后,通过仿真实例表明所提出方法的有效性.

关键词：切换原理间歇控制 H∞性能指标鲁棒控制

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带有丢包的线性参数变化系统的h_∞控制

计算机工程与应用 2018年第8期54卷 207-213页

作者：陈冬杰姜顺潘丰江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122

主要研究了一类带有Lipschitz非线性和随机通信丢包的线性参数变化系统(LPV)基于观测器的h_∞控制问题。针对信号传递中的随机丢包,使用了已知条件概率分布的Bernoulli分布序列来描述。在随机丢包存在的情况下,利用李雅普诺夫稳定性定... 详细信息

主要研究了一类带有Lipschitz非线性和随机通信丢包的线性参数变化系统(LPV)基于观测器的h_∞控制问题。针对信号传递中的随机丢包,使用了已知条件概率分布的Bernoulli分布序列来描述。在随机丢包存在的情况下,利用李雅普诺夫稳定性定理得到了基于观测器的反馈控制器存在的充分条件,使得闭环网络LPV系统不仅是均方指数稳定的,而且满足预定的h_∞扰动抑制性能指标;然后利用近似基函数和网格技术将无限维的线性矩阵不等式组的求解问题近似为有限维线性矩阵不等式组的求解问题,提出了一种线性矩阵不等式的方法,设计出了相应的h_∞控制器。最后,通过数值仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：线性参数变化随机丢包 h∞控制线性矩阵不等式(LMI) H∞性能指标

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一类离散2-D切换系统的鲁棒稳定性研究

一类离散2-D切换系统的鲁棒稳定性研究

作者：高文军长春理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着社会的快速发展,多维系统、切换系统,特别是离散二维(2-D)切换系统在诸如智能交通,数字滤波等重要领域中,有着越来越广泛的应用。而控制系统中的首要问题就是保证它的稳定性。因此,研究离散2-D切换系统的稳定性和闭环系统控... 详细信息

近年来,随着社会的快速发展,多维系统、切换系统,特别是离散二维(2-D)切换系统在诸如智能交通,数字滤波等重要领域中,有着越来越广泛的应用。而控制系统中的首要问题就是保证它的稳定性。因此,研究离散2-D切换系统的稳定性和闭环系统控制器的设计具有重要意义。但是,当今学者们有关2-D系统、切换系统的研究大多都是针对固定系统模型。考虑到实际工程常常受到内外环境的影响,使得系统本身会出现一些不确定参数,故本文主要以具有范数有界不确定性的离散2-D切换系统作为研究对象,并着重分析系统的鲁棒稳定性,研究的内容主要分为以下三个部分:(1)第一部分主要针对基于FM模型的具有范数有界不确定性的离散2-D切换系统,研究其在任意切换条件下的鲁棒渐进稳定性。基于公共Lyapunov函数的思想,通过构造合适的Lyapunov函数,研究开环系统的渐近稳定性以及分析系统的h性能指标,并为闭环系统设计一个状态反馈控制器。而后再用多Lyapunov函数法研究该系统具有同样性能指标时,需满足的充分条件,并证明后者的方法相比于前者拥有更低的保守性。(2)考虑到任意切换的条件比较苛刻,这也导致所得结论的保守性比较大,因此,第二部分主要针对基于Roesser模型的具有范数有界不确定性的离散2-D切换系统,研究其在有约束条件下的鲁棒指数稳定性问题。基于平均驻留时间的思想,通过构造合适的Lyapunov函数,经过严格的理论推导,得出开环2-D切换系统具有鲁棒h性能指标的指数稳定判据,然后在此基础之上进一步给出了闭环系统的动态输出反馈控制器的设计步骤。(3)考虑到现实生活中存在时滞的情况,第三部分主要针对基于FM常时滞模型的具有范数有界不确定性的离散2-D切换系统,研究其在有约束条件下的鲁棒指数稳定性问题。基于平均驻留时间的思想,通过构造合适的Lyapunov-Krasovskii泛函,经过推导得到开环2-D切换系统具有鲁棒h性能指标的指数稳定判据,并为闭环系统设计一个状态反馈控制器。上述所给判据都以矩阵不等式的形式给出,并通过数值算例检验其可行性。

关键词： 2-D切换系统时滞鲁棒稳定性范数有界不确定性 H∞性能指标

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基于T-S模糊模型时滞系统的故障估计研究

基于T-S模糊模型时滞系统的故障估计研究

作者：任小云辽宁科技大学

学位级别：硕士

由于现代控制系统具有规模大、复杂度高的特点,人们对于控制系统的安全性和可靠性提出了更加严格的要求,而容错控制能够保证系统对安全性和可靠性的要求,因此容错控制成为了研究热点。同时作为容错控制的基础,故障诊断技术也备受关注,... 详细信息

由于现代控制系统具有规模大、复杂度高的特点,人们对于控制系统的安全性和可靠性提出了更加严格的要求,而容错控制能够保证系统对安全性和可靠性的要求,因此容错控制成为了研究热点。同时作为容错控制的基础,故障诊断技术也备受关注,故障诊断领域的故障检测、故障隔离以及故障估计成为研究热门。尤其是故障估计,它具有检测和隔离双重功能。这也是本论文研究故障估计问题的重要原因。本文主要研究了受到时延和外部扰动影响的基于Takagi-Sugeno（T-S）模糊模型控制系统的故障估计问题。通过构造模糊学习观测器和自适应观测器以及利用h?优化技术,实现对系统状态和故障的准确估计。主要工作总结如下:1.针对一类具有连续时变时滞,执行器故障和受范数约束的外部干扰的T-S模糊系统,研究了鲁棒故障估计问题。首先构造一种改进的模糊学习观测器（Fuzzy Learning Observer,FLO）,然后应用h?优化技术,实现对系统状态和执行器故障的同时估计。基于Lyapunov方法,给出FLO存在的一些保守性更低的充分条件,这些充分条件通过一组线性矩阵不等式给出,通过FLO得到的故障估计可以很好地刻画故障的大小和形状。最后,动态模型的仿真结果表明所提出方法的有效性。2.研究了同时受到执行器故障,传感器故障和外部扰动影响的T-S模糊广义时滞系统的故障估计问题。给出了一种自适应模糊观测器,实现了对系统状态,执行器故障和传感器故障的同时估计。基于李雅普诺夫方法,将系统稳定性分析和设计条件转化为一组线性矩阵不等式。在此基础上,求解一组线性矩阵不等式计算出观测器增益,并将其用于估计系统状态,执行器故障和传感器故障。最后,给出一个算例,验证了所提出方法的有效性。

关键词：时滞系统 T-S模糊系统线性矩阵不等式（LMI）故障估计 H∞性能指标

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广义时变时滞马尔可夫跳变系统的控制研究

广义时变时滞马尔可夫跳变系统的控制研究

作者：武思远南京理工大学

学位级别：硕士

相比于一般马尔可夫跳变系统,广义马尔可夫跳变系统能够更好地描述实际工程系统的特征,而时滞现象也广泛存在于实际工程系统中并且会对系统性能产生较大影响。基于此,本论文对广义时变时滞马尔可夫跳变系统控制问题展开研究。本文主要... 详细信息

相比于一般马尔可夫跳变系统,广义马尔可夫跳变系统能够更好地描述实际工程系统的特征,而时滞现象也广泛存在于实际工程系统中并且会对系统性能产生较大影响。基于此,本论文对广义时变时滞马尔可夫跳变系统控制问题展开研究。本文主要研究内容如下:1.对一类含有时变时滞的广义马尔可夫跳变系统的h滑模控制问题进行研究。首先设计积分滑模面,得到滑动模态下的系统模型,其次通过构造时滞依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,以线性矩阵不等式(LMI)形式给出满足系统随机容许性和h性能指标的充分条件,接着利用变量替换等方法设计满足条件的控制器,然后设计滑模控制律,确保滑模运动轨迹可以在有限时间内到达滑模面。最后通过数值例子来验证所提方法的有效性。2.对含有参数不确定性广义时变时滞马尔可夫跳变系统的鲁棒h滑模控制问题展开研究。通过构造时滞依赖的Lyapunov-Krasovskii泛函,结合不等式放缩引理,给出满足系统随机容许性和h性能指标的充分条件,并利用变量替换等方法设计满足条件的状态反馈控制器,最后通过数值仿真来验证所设计控制器的合理性。

关键词：广义马尔可夫跳变系统时变时滞滑模控制 H∞性能指标线性矩阵不等式

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悬吊漂浮物随动控制系统研究

悬吊漂浮物随动控制系统研究

作者：卜林卫哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

悬吊漂浮物随动控制系统是一种具有重要应用价值的地面低重力模拟装置,可用来进行航天器的飞行、着陆模拟和宇航员低重力训练等特种工程作业。由于该系统对控制精度要求较高,而系统中的黏滞项摩擦系数又极小,导致系统运行过程中阻尼极... 详细信息

悬吊漂浮物随动控制系统是一种具有重要应用价值的地面低重力模拟装置,可用来进行航天器的飞行、着陆模拟和宇航员低重力训练等特种工程作业。由于该系统对控制精度要求较高,而系统中的黏滞项摩擦系数又极小,导致系统运行过程中阻尼极小、不易收敛,这就对该系统的控制方法设计提出了较高的挑战。本文主要针对悬吊漂浮物随动控制系统,研究其测量环节和控制环节的相关方法,论文主要研究内容如下:针对现阶段悬吊漂浮物随动控制系统的测量环节中由于人工无法完全将反射镜与吊索垂直安装而导致的吊索摆角测量不准确问题,提出了一种基于双冗余PSD自准直仪的吊索摆角动态测量方法。该方法可通过最小二乘法迭代求解测量系统的相关参数,进而获得更精确的吊索摆角测量值,最后通过本文中所设计的仿真平台完成对测量系统的仿真验证工作,证明所设计系统的有效性。针对悬吊漂浮物随动控制系统在停止实验阶段的镇定控制问题,提出了一种h观测器-控制器设计方法。首先基于系统运动学和动力学方程得到其T-S模糊形式模型,然后结合由于系统中存在部分状态量不可测量导致的前件变量未知问题,通过模糊观测器得到系统观测误差方程。为了更有效地利用隶属度函数的信息,将模糊系统中的隶属度函数作为新的前件变量。在不考虑Lipschitz条件约束的前提下,将由前件变量引起的误差项解耦成一个新的T-S模糊系统。随后利用Lyapunov函数得到增广误差系统的稳定性条件,并提出了一种由BMI(Bilinear Matrix Inequalities)到LMI(Linear Matrix Inequalities)的转换方法,将其转化为LMI条件,得到h观测器-控制器的增益矩阵。最后利用本文中所设计的仿真平台对系统停止实验阶段的控制任务进行了仿真验证,说明了所设计控制算法的有效性。针对仿真数据不准确的问题,开发了悬吊漂浮物随动控制仿真系统。该系统由上下位机通过网络通讯连接而成,下位机基于Linux系统的Eclipse环境开发,主要由系统模块、观测器模块、控制器模块、角度测量系统仿真模块及数据传输模块构成。上位机基于Windows系统的Qt Creator环境开发完成,主要负责人机交互操作及数据传输工作。通过利用所设计的仿真平台即可完成对本文第二章、第三章所阐述结果的仿真分析。

关键词：随动系统 T-S模糊系统观测器-控制器 H∞性能指标仿真平台

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基于模型参考控制的有限时间状态跟踪研究

基于模型参考控制的有限时间状态跟踪研究

作者：王志强东北电力大学

学位级别：硕士

在实际工业、化工生产中,任何一项流程都有规定的生产指标,这些指标通常被称为参考模型状态。为了使得被控系统状态能够有效跟踪参考模型状态,绝大多数研究学者通过设计相应的控制器来实现跟踪目标。由于某些被控系统或者参考模型本身... 详细信息

在实际工业、化工生产中,任何一项流程都有规定的生产指标,这些指标通常被称为参考模型状态。为了使得被控系统状态能够有效跟踪参考模型状态,绝大多数研究学者通过设计相应的控制器来实现跟踪目标。由于某些被控系统或者参考模型本身的复杂性,使得控制器的设计变得极为复杂。同时,研究模型参考状态跟踪问题的学者们绝大部分是在无限长的时间段内研究的,仅在一个小的时间段内研究状态跟踪问题目前尚处于起步阶段。因此,针对系统的暂态性能分析引起了广大学者的关注。本文研究了模型参考有限时间状态跟踪问题。主要工作内容如下:首先采用切换控制的方法研究模型参考状态跟踪问题。根据被控系统状态与参考模型状态之间的误差将被控系统运行状态划分为两种情况,即匹配与不匹配情况。同时根据状态误差设计了相应的切换信号。因此,被控系统可以近似看作是一个含有两个子系统的切换系统,然后采用切换系统的控制方法来解决状态跟踪问题。其次在传统Lyapunov渐进稳定理论的基础上,结合有限时间控制方法,分析了被控系统状态在有限时间间隔内跟踪参考模型状态的问题。经理论推导证明,被控系统只要满足给定的限制条件,状态跟踪误差在给定的时间间隔内可以完全满足给定的指标要求。在上述研究内容的基础上,还研究了被控系统状态不可测及被控系统执行器饱和等问题。针对被控系统状态不可测问题,设计了相应的全维状态观测器,并给出了全维状态观测器相应的满足条件;针对被控系统执行器饱和问题,文章中给出了执行器饱和率定义,并且分析了执行器饱和率与被控系统保守性之间的关系。

关键词：切换控制状态跟踪模型参考控制有限时间控制 H∞性能指标