摘要：研究隐蔽式攻击下网络化控制系统状态与执行器故障的联合区间估计问题.首先,根据隐蔽式攻击信号的特性,得到隐蔽式攻击信号的上下界信息;然后,将执行器故障视为增广状态,构造与原系统等价的增广系统,基于所得到的增广系统和隐蔽式攻击信号的上下界信息,利用L_(∞)滤波理论设计鲁棒增广状态区间观测器,从而得到系统状态与执行器故障的联合区间估计;最后,通过仿真实例验证所提出方法的有效性和优越性.

摘要：本文针对3D堆叠磁随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)的热学分析问题,在有限元法和热阻网络法的基础上,提出了一种局部等效法,可高精度并且快速地分析3D堆叠MRAM的热学分布.与有限元法相比,该方法使用直观方便,克服了有限元法建模与求解复杂耗时的问题;与热阻网络法相比,局部等效法具有保持较高精度的特点,解决了热阻网络法针对带夹层和硅通孔(Through Silicon Via,TSV)的复杂封装问题时存在较大误差的问题.对比结果表明,使用本文提出的方法得出的各叠层的上表面温度误差均小于0.05℃,精度与有限元法一致,并且更便捷高效.同时对应的建模结构简单,避免了热阻网络法将含铜柱的夹层和含铜柱的硅层分开考虑的不准确性.本文的研究可为未来多层3D堆叠MRAM热学特性相关的设计与分析提供指导.

摘要：现有基于控制信号编码的信息物理系统重放攻击检测方法主要是通过判断检测函数值的大小是否超出给定阈值来实现检测,这类方法普遍存在检测率与系统控制性能损失之间的矛盾.鉴于此,提出一种基于伪周期控制信号编码的检测方法.首先,在控制信号中加入预先设计的伪周期随机编码信号,并构造与之对应的伪周期测量值补偿信号,验证当系统矩阵稳定时,补偿信号的周期性;然后,对接收到的测量值信号,利用不同补偿信号进行补偿,获得检测函数最小时对应的补偿信号在周期中的位置;最后,通过比较该补偿信号与实际控制量水印信号在周期中的位置实现对重放攻击的检测.仿真实验结果表明,采用所提出方法,只需比较采用不同补偿信号下检测函数值的相对大小,便能够在有效地检测重放攻击的同时,降低控制编码信号的方差并减小系统控制性能损失.

摘要：研究了饱和输入下一类多项式系统的数据驱动控制问题.针对一类受噪声影响的未知多项式系统,设计了一种直接基于数据驱动的饱和控制器实现系统镇定,其中系统噪声具体形式未知但存在二次型上界.首先,在随机输入作用下离线采集系统的输入与输出数据.然后,通过采集到的离线数据以及平方和方法确定系统状态反馈控制器增益,引入的饱和约束机制可以对控制输入进行限幅.最后,通过在van der Pol振荡器系统中的数值仿真和电路实验验证了所提出控制策略的有效性.

摘要：区块链具有去中心化、数据不可篡改等优势,在数据安全方面应用广泛。但是,工业控制系统中连接物理设备的现场总线系统计算资源受限、通信能力差导致现有区块链系统难以部署。为此,提出一种轻量化私有区块链方案,以实现现场总线层级的数据完整性保护。首先,设计了一种随机验证机制,随机选择部分节点参与共识过程。节省通信开销的同时增加了攻击的难度。其次,提出一种新型共识模型,其可根据共识节点的状态制定不同的共识策略以减少节点的计算与通信负担。安全分析证明拟议方案不仅可以抵御常见的数据完整性攻击,还能有一定概率抵御51%攻击。仿真表明,与同类方法相比,拟议方案在安全性能、时间成本和通信量成本方面具有显著的优势。

摘要：工业信息物理系统(ICPS)与基础设施的连接越来越密切,同时通信网络也易受到环境干扰和虚假数据注入攻击的影响.鉴于此,研究基于多信道传输框架和minimax控制器,提高ICPS在攻击、环境和噪声干扰下的弹性.通过设计minimax控制器以增强ICPS在噪音和干扰下的弹性,基于多信道传输框架建立发射机与攻击者之间的攻防博弈模型,通过多信道上的攻防博弈策略实现整个ICPS的弹性防御策略.通过OPNET和Matlab的联调仿真,验证模拟数据注入攻击下基于多信道传输框架的ICPS控制系统的性能.仿真结果表明,minimax控制器和多信道传输框架组成的弹性防御策略,能够同时提升系统在环境干扰下的稳定性并有效降低数据注入攻击对ICPS的影响.

摘要：针对具有间隙拒绝服务(DoS)攻击的工业信息物理系统(ICPS),研究一种基于观测器的自适应事件触发稳定控制方案。首先构造一个观测器估计系统状态,并采用一种新的自适应事件触发通信方案以节约网络资源;然后通过受频率和持续时间限制的间隙DoS攻击对ICPS的影响建立攻击模型,将受到DoS攻击的ICPS划分为DoS攻击活跃期系统和DoS攻击休眠期系统,并用一些过去成功触发状态重构当前受到攻击的状态,得到基于动态估计器的攻击补偿机制,保证系统在DoS攻击活跃期间的渐进稳定;最后运用分段Lyapunov泛函方法、Jensen’s不等式和Schur补引理,得到系统的稳定条件,并提出自适应事件触发参数、观测器增益和控制器增益的协同设计方案。用间歇反应器系统模拟间隙DoS攻击下基于自适应事件触发的ICPS系统稳定性能。仿真结果表明,自适应事件触发策略和基于动态估计器的补偿机制不仅能够提升系统的稳定性,还能有效降低数据传输的次数,系统在静态事件触发策略下的触发次数大约是在自适应事件触发策略下的4.5倍。

摘要：基于滑模控制理论,研究二维桥式起重机的控制器设计问题.首先,考虑小车端受到外界干扰的情况以及利用一些等价变换,得到一个四阶桥式起重机动力学模型;然后,根据得到的动力学方程,分别设计一种比例微分滑模控制器和一种比例微分积分滑模控制器,进而通过构造李雅普诺夫函数的方法证明两种控制器下滑模面的可达性和系统的稳定性;最后,设计1组对比仿真实验和1组在自制的桥式起重机实验平台上的验证性实验.实验结果表明,所设计的两种滑模控制器均可以使桥式起重机达到给定的控制目标.

摘要：针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析(FEA)对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0~40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/(kPa·V),非线性度达到0.108%F.S。在-40℃~125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.0047%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。

摘要：针对受过程噪声和量测噪声干扰的双线性状态空间系统,研究其状态估计算法.借助双线性系统的特殊结构,将其等价表示为线性时变模型,推导基于Kalman滤波的状态估计算法.针对线性时变模型中存在的未知变量,基于辅助模型辨识思想,通过构造一个辅助模型,将未知变量用该模型的输出代替,提出基于辅助模型的双线性系统状态估计算法.构造双线性状态观测器,引入delta算子极小化状态估计误差协方差矩阵,从而得到最优状态估计增益,并提出基于delta算子的双线性系统状态估计算法.所提出的算法能够避免线性化过程带来的估计精度差的问题,提高双线性系统的状态估计精度.通过仿真实验验证了所提出算法的有效性,并对比分析了不同噪声情况下所提出算法的估计效果.