摘要:

摘要:随着工业控制系统(industrial control systems,ICS)的网络化,其原有的封闭性被打破, 各种病毒、木马等随着正常的信息流进入ICS,已严重威胁ICS的安全性,如何做好ICS安全防护已迫在眉睫.入侵检测方法作为一种主动的信息安全防护技术可以有效弥补防火墙等传统安全防护技术的不足,被认为是ICS的第二道安全防线,可以实现对ICS外部和内部入侵的实时检测.当前工控系统入侵检测的研究非常活跃,来自计算机、自动化以及通信等不同领域的研究人员从不同角度提出一系列ICS入侵检测方法,已成为ICS安全领域一个热点研究方向.鉴于此,综述了ICS入侵检测的研究现状、存在的问题以及有待进一步解决的问题.

摘要:针对网络攻击下的不确定网络化多轴运动控制系统,提出一种基于分布式中间观测器的容侵同步控制方法.首先将不确定性分解为匹配分量和不匹配分量,继而通过分布式中间观测器估计由执行器攻击、领航者的非零输入以及匹配不确定性分量构成的组合未知输入信号,进而设计基于估计值的容侵同步控制协议对匹配未知输入进行有效补偿,同时通过调节特定参数充分抑制不匹配不确定性效应,最终得到满意的容侵同步控制性能.

摘要:从攻击者的角度研究多传感器系统的安全性问题, 该系统配备有分散式卡尔曼滤波器和chi^2检测器.恶意攻击者通过修改新息序列以达到破坏系统性能的目的.为了最大程度地破坏系统性能,以数学期望的形式推导出子系统误差协方差表达式,并量化其与融合误差协方差的关系.此外,结合矩阵理论,分析受攻击前后系统性能指标的变化并给出可躲避chi^2检测器的最优线性欺骗攻击形式.最后,通过一个数值仿真例子验证所提出攻击策略的有效性.

摘要:针对信息物理系统(CPS)安全控制设计问题,提出拒绝服务(DoS)攻击下具有任意有界丢包的事件触发预测控制(ETPC)方法.首先,考虑DoS攻击能量的有限性及攻击行为的任意性,将DoS攻击描述为事件触发通信机制下的任意有界丢包;其次,在控制器端利用最近一次收到的状态信息进行控制器增益序列的预测设计以补偿DoS攻击造成的数据包丢失;随后,基于Lyapunov稳定性理论及切换系统分析方法考虑了DoS攻击下CPS的安全性并给出了控制序列设计方法.所提出的ETPC设计方法只需利用最近时刻收到的状态信息,无需满足传统CPS稳定性对最大允许丢包数的约束,为大时滞CPS的稳定性分析及控制提供了有效的解决方案.最后,通过仿真实例验证所提出的基于事件触发预测控制设计方法的有效性.

摘要:信息物理系统个体间的相互作用能够应用复杂网络描述,复杂网络中的某些节点遭到攻击或破坏会造成网络故障,导致整个网络系统不受控.割点是网络中的一类关键节点,受攻击或故障后将导致网络连接断开,在保证网络连通性方面发挥着重要作用,但割点失效对网络可控性的影响尚不清楚.鉴于此,给出复杂网络中割点失效的可控性模型,研究割点失效对可控性的影响,同时选取节点的随机失效和以度为依据的蓄意攻击作为对比.研究发现:随机失效对可控性的影响较小,割点失效和蓄意攻击对可控性的影响较大;平均度较低时割点失效和蓄意攻击对可控性影响基本相同,但平均度增大后,割点失效比蓄意攻击对可控性的影响更大;另外,平均度的增加能够提高网络对割点失效的控制鲁棒性.

摘要:针对带有过程噪声和测量噪声的领导-跟随多智能体系统,研究拒绝服务攻击下多智能体系统的一致性问题.首先,设计基于卡尔曼滤波的状态观测器,对智能体状态进行有效准确的估计;然后,基于预测控制理论提出一种基于状态估计信息的分布式预测控制算法,从而实现领导-跟随多智能体系统的均方一致性控制,并给出拒绝服务攻击环境下实现领导-跟随多智能体系统均方一致性的充分必要条件;最后,通过数值仿真验证所提出方法的正确性和有效性.

摘要:无线通信网络的脆弱性使得工业信息物理系统易遭受各类网络攻击.为了更深入地了解不同网络攻击的特征进而建立有效的防御措施,构建一种线性时不变离散系统的工业信息物理系统结构;深入研究信息物理系统攻击者攻击空间及攻击者攻击模型,采用控制理论方法研究攻击空间模型的模型知识、披露资源和破坏资源的数学表达;对拒绝服务攻击、重放攻击、虚假数据注入攻击3种典型网络攻击的基本特性,以及对应攻击下攻击模型的表现形式进行分析.通过Simulink/Truetime仿真工具对破坏性和隐蔽性性能进行仿真实验.结果表明,所研究的攻击空间模型及攻击者攻击模型能够有效地描述网络攻击的攻击特性.

摘要:传感器与网络技术的迅猛发展促进了信息物理系统的发展与应用.而传统网络系统的入侵检测技术已经发展成熟,信息物理系统(CPS)可以在借鉴传统网络系统入侵检测技术的基础上,结合自身特性进行改进.针对CPS所处地理位置复杂及网络传输不可靠导致的检测鲁棒性不高的问题,提出基于稀疏降噪自编码网络(SDAE)的入侵检测算法;同时,考虑到CPS对模型适应性及推广性的需求,将基于差分变换的头脑风暴优化算法(DBSO)与改进的自编码网络相结合,形成基于DBSO优化SDAE(DBSO-SDAE)的检测算法.该算法具有自动提取入侵数据最优特征表示的能力,同时在进一步提高模型鲁棒性的前提下,可极大地增强模型的适应性.仿真结果表明,所提出的DBSO-SDAE模型与其他模型相比,具有较高的鲁棒性、自适应性及较优的检测实时性,可极大地满足CPS对检测算法的高需求.

摘要:针对多子系统间存在复杂因果逻辑关系的信息物理系统(cyber-physical systems,CPS),建立带有未知非线性项和不确定耦合项的CPS多因系统模型,并提出基于云控制技术的分布式控因方法.利用非线性解耦观测器对CPS多因系统进行动态前馈线性化,使得CPS多因系统分解为多个无耦合关联的CPS因系统.设计基于非线性解耦观测器的分布式模型预测控制器以及分布式优化算法,对解耦后的CPS因系统实现在线约束优化控制.最后,通过数值仿真表明所提出控制策略和优化算法的有效性.

摘要:针对具有数据包丢失的网络化控制系统跟踪控制问题,提出一种非策略Q-学习方法,完全利用可测数据,在系统模型参数未知并且网络通信存在数据丢失的情况下,实现系统以近似最优的方式跟踪目标.首先,刻画具有数据包丢失的网络控制系统,提出线性离散网络控制系统跟踪控制问题;然后,设计一个Smith预测器补偿数据包丢失对网络控制系统性能的影响,构建具有数据包丢失补偿的网络控制系统最优跟踪控制问题;最后,融合动态规划和强化学习方法,提出一种非策略Q-学习算法.算法的优点是:不要求系统模型参数已知,利用网络控制系统可测数据,学习基于预测器状态反馈的最优跟踪控制策略;并且该算法能够保证基于Q-函数的迭代Bellman方程解的无偏性.通过仿真验证所提方法的有效性.

摘要:针对无线传感器网络分区在恢复连通后仍然容错不足的问题,提出斯坦纳树和凸多边形的分区双连通恢复方法.首先,以距离为依据选取现有叶子节点来促使少数未连通的离散节点统一成区;然后,将分区抽象成点后枚举出所有的非退化型四边形,进而将计算得到的四边形中的两个斯坦纳点与4个顶点连接构造斯坦纳边部署中继节点,使分区实现单连通;最后,利用格雷厄姆凸壳算法选取抽象点中的凸壳顶点连接,形成凸多边形实现分区的双连通,并对第2轮连通路径上的中继节点实施休眠唤醒机制.在保证关键节点二次失效不会使网络再次瘫痪的基础上,简化网络结构并降低数据通信延迟.通过仿真,将所提出方案与利用最小斯坦纳树优化中继节点布局的分布式算法(DORMS)和1C-SpriderWeb算法进行对比,对比结果表明所提出方案可减少中继节点的部署数量,延长网络寿命.

摘要:延长网络生命周期是无线传感网络需要解决的主要问题之一,拓扑控制对于延长网络生命周期具有重要意义.针对分簇结构无线传感网络的簇首选择问题,提出一种基于NSGA-II的多目标簇首选择算法.同时考虑网络通信距离、能量消耗、负载均衡以及节点生存时间等多个优化目标,通过理论计算确定最优簇首数量指导种群初始化,引入正交实验机制降低搜索次数,提高寻优效率.实验结果表明, 所提出的算法与低功耗自适应层次分簇(LEACH)算法相比,簇首分布均匀、负载均衡,可明显延长网络的生命周期,与标准NSGA-II算法相比,可更好地提高搜索寻优效率.

摘要:移动边缘计算将边缘服务器部署到无线局域网侧,将部分计算密集任务卸载到边缘云服务器,从而缩短计算服务与移动设备的距离,降低数据传输成本.考虑移动边缘计算(MEC)环境下的计算任务分配问题,通过探索用户体验敏感度的异质性,建立CPU运算周期数-数据量-价格的三元组合约模型,提出基于合约理论的计算任务分配策略,以最大化云服务商的利润为目标,同时保证移动用户的非负效益.分别讨论完整信息场景下和统计信息场景下的最优合约设计策略.仿真结果验证了所提出方案可以有效实现计算任务的卸载.

摘要:网联车辆、交通大数据、共享出行等技术给智能交通系统的发展与应用革新带来了机遇和挑战.在全面总 结共享出行系统、网联车辆协同优化控制、交通大数据分析等领域最新研究成果的基础上,系统论述智能交通技术的研究进展,特别对智能交通系统中的交通流及出行需求预测、共享出行系统车辆调度、交通网及电网联合优化、网联车辆协调控制及车-路协同控制等方面进行全面综述.分析智能交通系统存在的问题及挑战,并对其未来发展方向进行展望.

摘要:针对人机协同转向控制中对于驾驶员参与和驾驶员状态考虑较少这一问题,提出一种基于驾驶员状态预测的人机力矩协同(human-vehicle torque collaborative based on driver state prediction,HVTC-DSP)转向控制方法.该方法以力矩为人机交互接口,提高了驾驶员的参与程度;同时,在控制器设计过程中采用模型预测控制方法,将驾驶员状态考虑在内,对驾驶员状态进行预测.采用高精度车辆仿真软件veDYNA进行仿真验证,结果表明,与不考虑驾驶员状态的人机协同力矩(human-vehicle torque collaborative based on no driver state prediction,HVTC-NDSP)转向控制方法相比,所提方法可以使辅助力矩更好地跟随驾驶员动作,提高车辆转向性能,减小侧向位移偏差,同时对不同驾驶员也有较好的适应性.进而,以驾驶员下一步动作为参考,使驾驶员当前力矩尽可能接近下一步期望的力矩,在转向性能几乎不受影响的情况下,适当减轻驾驶员操作负担.

摘要:为了降低城市交通中的行车延误与燃油消耗,针对人类驾驶车辆与自动驾驶车辆混合交通环境,提出一种基于交通信息物理系统(TCPS)的车辆速度与交通信号协同优化控制方法.首先,综合考虑路口交通信号、人类驾驶车辆、自动驾驶车辆三者之间的相互影响,设计一种适用于自动驾驶车辆与人类驾驶车辆混合组队特性的过路口速度规划模型;其次,针对车辆速度规划单一应用时的局限性,即无法减少车辆路口通行延误且易出现无解情况,提出一种双目标协同优化模型,能够综合考虑车辆速度规划与路口交通信号控制,同时降低车辆燃油消耗与路口平均延误.由于双目标优化问题求解的复杂性,设计一种遗传算法-粒子群算法混合求解策略.基于SUMO的仿真实验验证了所提出方法的有效性.

摘要:考虑异构通信下的不确定网联车系统协同自适应巡航控制(CACC)问题,提出一种网联车系统鲁棒协同自适应巡航控制器设计方法.采用伯努利随机过程和具有可变输入延迟的跟踪模型描述具有参数不确定性和丢包及时延的异构通信网联车系统.为降低CACC控制器设计的复杂性,采用分散输出反馈控制结构和线性矩阵不等式技术,求解不确定异构通信网联车系统的CACC控制器.进一步,利用时滞系统方法和频域分析,建立保证闭环系统稳定和网联车辆系统弦稳定结果.最后通过一组四车辆三信道的网联车辆系统的仿真实验验证所提方法的有效性.

摘要:线控车辆信息安全是指电信号传输的转向指令免受威胁、干扰和破坏,近年来关于车辆信息安全的智能网联汽车受到黑客严重威胁,信息安全对线控车辆系统的安全起着决定性作用.鉴于此,针对线控车辆的信息安全问题提出一种基于事件触发策略的四轮线控车辆系统的预测控制方案,该方案利用事件触发控制对控制通道进行选择,根据李雅普诺夫稳定理论给定幂指数稳定的充分条件,进而设计事件触发条件,并结合模型预测控制对未来动态信息进行预测,能在潜在对手攻击的情况下,保证车辆安全行驶.仿真结果表明,所提出方案具有良好的抗干扰能力和抗黑客攻击能力.

摘要:研究存在有界扰动的非线性无人车辆模型的路径跟随问题,提出一种基于事件触发的模型预测控制算法,与现有的基于时间周期的模型预测控制算法相比,可以在保证车辆对参考轨迹跟随准确性的同时减少跟随过程中求解优化问题的计算量,降低在线实时优化的计算负担.最后给出无人车运动学模型的仿真结果,对比所提出的控制算法与传统算法,验证了其有效性.

摘要:电动汽车动力电池是分布式储能的重要组成部分.对此,基于信息物理社会(CPSS)融合系统理论,深度融合信息(对私家车出行的调查数据)、物理(动力电池的充放电物理模型)以及社会(实际用户对电价或激励的响应)因素,借鉴平行系统思想,以软件定义的方式构建映射真实电动汽车群体的平行人工电动汽车群体,研究电动汽车作为分布式储能参与储能汇聚复用的可行性和有效性.以参与辅助电网平抑区域负荷波动为例,采用蒙特卡洛方法和中心极限定理,得到不同场景下人工电动汽车群体的日充放电曲线,并进一步完成以下仿真实验:1)给定价格策略下,不同理性程度的用户充放电行为差异;2)不同价格策略下,电动汽车群体充放电行为对区域负荷方差的影响和相应的电网成本与收益;3)不同动力电池参数下,电动汽车群体接入电网后区域负荷方差缩减量变化.得到的仿真结果可以为电网制定合理的价格策略提供指导,也为挖掘影响电动汽车作为分布式储能帮助降低区域负荷方差的关键因素提供依据,并从源头上为电动汽车有序接入电网提供技术支撑.

摘要:电动汽车充电导航便于用户合理选择充电站,降低用户自身的时间成本和经济成本,缓解配电网端的负荷压力.在电网分时电价的基础上,考虑电动汽车充电路径的选择与车主的驾驶行为密切相关,通过对电动汽车的负荷设备分类建模,根据不同设备类型的重要程度及用户的电动汽车实际工况和地形因素,利用遗传算法分析最佳出行路径,提出以时间成本与经济成本之和最优为目标,引导用户驾驶行为的充电导航策略.在20kmtimes10km含3个充电站的区域内,通过3种不同充电导航策略仿真结果对比,验证所提出的导航策略的可行性和有效性.

摘要:火电厂控制系统信息安全风险评估往往存在主观性强和不确定性等问题,而这些问题会对评估结果产生一定影响.对此,提出一种基于D 数偏好关系改进层次分析法(D-AHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)的电厂控制系统信息安全风险评估方法.根据工业控制系统风险评估的相关行业标准,识别工业控制系统的资产、威胁、脆弱性及现有安全措施,建立评估指标体系和层次结构模型.针对评估专家经验差异导致的评估信息不确定性,先使用D-AHP方法求解各指标影响权重,再使用TOPSIS法求出专家权重,最后得到电厂控制系统信息安全风险值.实例分析表明了所提出方法的有效性,同时提高了评估结果的正确性.

摘要:为抑制气动力矩对近地轨道(LEO)卫星姿态控制系统的影响,改善卫星电磁环境,设计一种基于气动力矩和模型预测的LEO卫星角动量管理算法,利用气动力矩管理卫星角动量并通过磁力矩器辅助提高角动量管理效率和可靠性.利用所设计的角动量管理算法构建卫星姿态动力学的线性化模型和姿态控制律,预测角动量变化趋势;通过在卫星太阳阵常规运动上附加额外的小角度偏转,将LEO卫星主导摄动力矩的气动力矩转化为管理卫星角动量的控制力矩.仿真实验表明,与传统的角动量管理策略相比,所设计的角动量管理算法通过将气动力矩转化为角动量管理控制力矩,能够有效节省卫星角动量管理的消耗.此外,该算法在不增加物理机构的前提下可以作为卫星的备用角动量管理策略,能够显著增强卫星姿态系统的可靠性和鲁棒性.

摘要:蚁群算法在解决一些NPC(Non-deterministic polynomial complete)问题时具有较大的优势,但也存在一些不足,如收敛精度低、收敛速度慢等.为了平衡收敛精度与收敛速度之间的矛盾,提出一种基于虚拟蚂蚁的局部优化蚁群算法.该算法通过降低重复计算资源的比例来提高计算资源的利用率,从而提升较少迭代次数时的精度.对单位信息素和全局更新策略进行调整,使之与所提出的算法匹配.同时,增加两点局部优化算子——点交换和交叉去除,加快收敛速度,进一步提高解的精度.通过约束局部优化算子的参数,减少局部优化的计算量,使整体算法的复杂度与基本蚁群算法大致相当.从最终的实验数据可以得出,所提出的算法在较少迭代次数的情况下可以得出较高的精度,在收敛速度与收敛精度之间实现较好的平衡.

摘要:研究城市公共租赁自行车的管理优化问题,将其分成两个子问题,即公共租赁自行车停放点的布局优化问题和公共租赁自行车的调度优化问题.设置合适的公共租赁自行车停放点的目的,一方面是方便管理人员的管理,另一方面是方便公众的出行.公共租赁自行车的调度需要保证调度过程中产生的总费用最少.在公共租赁自行车的实际管理中,每个停放点的需求量和调度车的行驶时间是不确定的,因此引入两个不确定变量,建立不确定0-1规划模型和不确定整数规划模型,并利用不确定理论将两个不确定性模型分别转化为确定性等价类模型.通过一个数值实验对所提出的模型进行验证,根据第1个优化模型求解得到公共租赁自行车的最优停放点,并基于最优停放点根据第2个优化模型求解生成公共租赁自行车的最优调度方案.

摘要:现有的低秩稀疏表示目标跟踪算法在目标突然运动和严重遮挡等情况下,经常出现跟踪漂移现象.为此,提出一种具有融合罚约束的低秩结构化稀疏表示目标跟踪算法.首先,利用混合${L_{1,2

摘要:针对机械臂系统惯性参数及运动学参数不能准确测量进而影响轨迹跟踪性能的问题,提出一种任务空间自适应轨迹跟踪控制方法,通过定义关节角速度参考误差,并将任务空间的轨迹跟踪误差及运动学参数误差反馈给控制器,以改善系统稳定性,设计电机参数传输矩阵及电机参数自适应率,以抵消电机发热引起参数漂移对跟踪性能影响,并给出了稳定性证明.实验结果表明,该方法能够较好地克服电机参数漂移对跟踪控制性能的影响.

摘要:针对复杂航行环境下的无人水面艇系统,提出一种基于有限时间扰动观测器的无人水面艇精确航迹跟踪控制策略.该控制方法具有以下显著特点:能够精确补偿未知海洋干扰,可实现精确跟踪控制;相比传统的渐近收敛控制算法,有限时间稳定性确保跟踪控制系统具有更快的收敛速度和更强的扰动抑制能力;能够同时确保扰动观测误差和航迹跟踪误差在有限时间内精确收敛到零.仿真结果验证了所提出控制方法的有效性和优越性.

摘要:针对低渗透油井产能预测问题,分析低渗透油井渗流的力学机理,考虑启动压力梯度、应力敏感性和压裂增产措施的影响,建立油井产量模型.结合灰色特性建立油井产能预测灰色模型(WPGM(1,1)),推导出模型的参数求解公式和模型的求解算法.采用函数变换提高WPGM(1,1)模型的精度,并运用WPGM(1,1)模型预测低渗透油井的产量.实例分析表明,所提出的算法和模型均可行且有效.