[發明專利]一種多模態電子節氣門的滑模控制方法

有效

• 申請號: 202110679046.0
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113341725B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 齊文海;宗廣燈;候雅琨;孫海濱;楊東
• 申請（專利權）人: 曲阜師范大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 蘇州中合知識產權代理事務所(普通合伙) 32266
• 代理人: 阮梅

本發明公開一種多模態電子節氣門的滑模控制方法，包括如下步驟構建隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的半馬爾科夫切換系統模型；基于模型設計補償策略并構造攻擊概率相關的滑模切換面函數，進而獲得閉環增廣系統并進行穩定性分析，從分析結果中得到對稱正定矩陣，利用變量代換后計算滿足系統穩定性目標的滑模控制器參數；基于滑模控制器參數，設計模態依賴的離散時間滑模控制律；基于該制律進行滑模切換面可達性分析。本發明精確描述了隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的不確定動態特性，有效的抑制隨機拒絕服務攻擊對電子節氣門的影響，解決隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的滑模控制問題，提高網絡化電子節氣門的安全性。

技術領域

本發明涉及電子節氣門技術領域，尤其涉及一種多模態電子節氣門的滑模控制方法。

背景技術

國民經濟及國民消費水平的迅猛提高，促使了我國汽車總產量和保有量的快速增長。同時，汽車保有量的快速增長也給環境問題帶來了巨大的挑戰。目前，汽車尾氣排放造成的環境污染已成為我國汽車工業發展的首要問題。汽車尾氣的排放量以及燃油的消耗主要取決于發動機的性能。近年來，幾乎所有的車輛，特別是基于火花點火內燃機的車輛，都使用了電子節氣門的機電部件。電子節氣門作為發動機空氣供給的唯一通道，其性能的優劣將直接決定汽車核心部件發動機的優劣。一般而言，由于電子節氣門存在諸多因素的影響，例如滑動摩擦、黏性摩擦、傳動間隙以及在汽車行駛過程中氣流沖擊、人為干預等，難以直接使用傳統的單一系統來描述電子節氣門的動力學模型。此外，由于傳統PID控制對運行工況的適應性很差，多模態控制和滑模控制方法被引入到電子節氣門控制中。

隨著網絡技術和工業生產的發展，工業領域的網絡化和信息化程度越來越高，包括設備制造、運輸、智能建筑等重要工業領域。相應地，針對汽車上電子節氣門系統傳輸信道的網絡攻擊呈現快速增長的趨勢。目前，三種典型的網絡攻擊主要包括拒絕服務攻擊、欺騙攻擊和重放攻擊，然而拒絕服務攻擊帶來的危害幾乎是不可避免的，攻擊者通過故意攻擊網絡協議的缺陷，使目標網絡無法提供共享資源訪問。尤其是在汽車行駛過程中，如果控制發動機產生功率的電子調節節氣門遭到惡意攻擊，那么極易造成發動機加速不力、油耗增加尾氣排放過多等不良后果。因此，如何有效抑制拒絕服務攻擊的影響以及保證拒絕服務攻擊隨機發生時控制系統的穩定性具有重要的研究意義。

眾所周知，由于對外界干擾具有較強的魯棒性，滑模控制已經被廣泛應用到各種工業控制對象之中。不同于一般系統的滑模控制，多模態網絡化系統的狀態信息在網絡傳輸過程中會受到攻擊的影響。因此，在考慮參數不確定的基礎上，還需要引入半馬爾科夫模型來描述隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的動力學特性。與普通的半馬爾科夫模型不同，本發明引入半馬爾科夫核概念處理半馬爾科夫系統的滑模控制策略，克服了傳統半馬爾科夫隨機切換系統中對逗留時間分布的約束，使得系統的逗留時間統計特性能夠依賴當前切換模態與下一切換模態，更加具有一般性。

綜上分析，如何建立隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的動態模型，設計隨機拒絕服務攻擊的補償策略和滑模切換面，進而設計出電子節氣門的滑模控制器以保證隨機拒絕服務攻擊下電子節氣門的安全穩定運行是一個亟待解決的關鍵問題，具有重要的理論研究意義和應用價值。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種多模態電子節氣門的滑模控制方法，建立拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的動態模型，進而設計出電子節氣門的滑模控制策略以保證隨機拒絕服務攻擊下電子節氣門的安全穩定運行。為了達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種多模態電子節氣門的滑模控制方法，包括如下步驟：

構建隨機拒絕服務攻擊下多模態電子節氣門的半馬爾科夫切換系統模型；

基于半馬爾科夫切換系統模型設計隨機拒絕服務攻擊的補償策略；

基于補償策略構造攻擊概率相關的滑模切換面函數，進而獲得閉環增廣系統；

對閉環增廣系統進行穩定性分析；