[發明專利]一種FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法及系統

有效

• 申請號: 202110681208.4
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113364796B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 賀寧;馬凱
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

1.一種FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，包括：

對連續控制信號進行離散采樣，采用自觸發MPC計算原始控制樣本U^*；

根據計算得到的原始控制樣本確定待加密的控制數據；

對待加密的控制數據進行加密，將加密后的數據打包發送給執行器；

當網絡受到FDI攻擊時，執行器利用接收到的數據包獲取最新控制樣本，并應用所述最新控制樣本，完成FDI攻擊下的自觸發模型預測控制安全。

2.根據權利要求1所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，采用自觸發MPC計算得到的控制樣本U^*為：

其中，t_k為觸發時間，N為自觸發間隔數，u^*(.)為控制樣本集U^*中的控制信號樣本。

3.根據權利要求2所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，利用式(20)根據計算得到的原始控制樣本確定待加密的控制數據；

其中，E(△_l)為預計狀態與實際狀態誤差上界，l∈[1,N]，L_J為MPC優化問題中最優成本函數的李普希茲常數，σ_J為設計參數。

4.根據權利要求3所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，誤差上界E(△_l)為：

當l＝1時，

當1＜l＜N，則有

其中，仿射型非線性系統通用表達為分別為系統狀態和輸入，非線性系統滿足對于李普希茲連續，L_φ為李普希茲常數，||g(x)||上界為L_G。

5.根據權利要求4所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，△u(t_k+δ_l)為：

其中u^*為最優控制輸入，u'安全防御下實際控制輸入。

6.根據權利要求4所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，李普希茲常數L_J為：

其中L_F，分別為MPC優化問題中的階段和終端代價函數的李普希茲常數，T_P為預測時域。

7.根據權利要求6所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，設計參數σ_J為：

其中F(x^*(s),u^*(s))為MPC優化問題中的階段代價函數，γ∈(0,1)為調整參數。

8.根據權利要求5所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，對待加密的控制數據u^*(t_k)及進行加密，將加密后的數據打包發送給執行器。

9.根據權利要求8所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，利用u^*(t_k)和采用公式(13)獲得最新控制樣本U'；

10.根據權利要求1所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，如果檢測到網絡中可能存在攻擊，執行器以零階保持的方式應用最新控制樣本U'；否則，則執行器以零階保持的方式應用控制樣本U^*。

11.根據權利要求1所述的FDI攻擊下自觸發模型預測控制安全防御方法，其特征在于，當網絡沒有受到攻擊時，執行器以零階保持的方式應用原始控制樣本U^*。