网络控制系统建模、分析及安全控制

本书主要围绕离散网络控制系统，用有限模态的Markov链描述网络时延，把网络控制系统建模为含有单个或者多个Markov链的控制系统，在Markov链转移概率部分未知的条件下，利用Lyapunov稳定性理论研究了网络控制系统的镇定、故障检测及容错控制、网络攻击下的系统安全等问题，特色如下：
（1）本书对复杂网络环境的刻画，充分考虑了网络时延、丢包、量化、复杂攻击行为的因素，能够更加准确地描述网络随机现象的变化规律。
（2）本书旨在解决转移概率部分未知条件下网络控制系统的设计及其故障检测问题，对于完善和丰富相关的网络控制系统理论具有重要的理论和实际意义。
（3）旨在突破基于传感器网络的工业控制系统的两大瓶颈问题（安全与能耗），对包含网络诱导现象及网络攻击的复杂环境进行综合建模，并设计合理的事件触发机制以减少数据传输量进而节约能量。不同于现有大多数文献仅考虑网络攻击下的安全问题，兼顾安全与能耗两大因素的研究是本书的另一特色。

本书论述了网络诱导现象、事件触发机制、网络攻击和外部干扰各要素对系统性能的影响，提出了系统控制策略。为了便于读者理解，本书按照先易后难的原则组织相关材料，把网络仅存在于传感器和控制器之间的控制问题，逐步推广到网络不仅存在于传感器和控制器之间，还存在于控制器与执行器之间的控制问题，且综合考虑网络诱导现象、网络攻击、事件触发机制等多种因素下的控制器设计问题。
本书总结了作者近年来关于网络控制系统方面的研究，可以作为高等院校控制理论与工程、计算机应用技术、信息与计算科学、运筹学与控制论等专业的博士和硕士研究生的专业参考书。

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第1章绪论1




1.1研究背景与意义1




1.2NCS的控制2




1.3基于网络的滤波5




1.4NCS的故障检测7




1.5NCS的调度策略10




1.6本书主要内容及框架14




参考文献16










第2章基础知识23




2.1主要符号说明23




2.2Lyapunov 稳定性理论23




2.3网络控制系统（NCS）的建模24




2.4线性矩阵不等式（LMI）24




2.5本章小结25










第3章具有S-C数据包丢失的基于观测器的控制系统容错控制26




3.1问题描述26




3.2控制器设计28




3.3实例仿真30




3.4本章小结31




参考文献31










第4章S-C时延转移概率部分未知的网络控制系统状态反馈控制33




4.1问题描述33




4.2控制器设计35




4.3实例仿真37




4.4本章小结38




参考文献38










第5章具有S-C时延和数据包丢失的网络控制系统控制器设计方法40




5.1状态反馈控制41




5.2输出反馈控制46




5.3网络控制系统H∞控制51




5.4网络控制系统保性能控制57




5.5本章小结60




参考文献61










第6章具有S-C时延基于观测器的网络控制系统输出反馈控制63




6.1问题描述64




6.2控制器设计66




6.3实例仿真69




6.4本章小结69




参考文献70










第7章一类广义网络控制系统的鲁棒控制71




7.1典型广义系统模型71




7.2预备知识72




7.3问题描述73




7.4广义网络控制系统H∞控制75




7.5实例仿真79




7.6本章小结80




参考文献80










第8章具有时延和Markov丢包特性的网络控制系统反馈控制82




8.1问题描述82




8.2控制器设计84




8.3实例仿真86




8.4本章小结87




参考文献87










第9章具有S-C及C-A数据包丢失的网络控制系统H∞控制方法89




9.1问题描述90




9.2主要结论92




9.3实例仿真96




9.4本章小结99




参考文献100










第10章具有S-C及C-A时延和数据包丢失的网络控制系统控制器设计方法102




10.1问题描述103




10.2主要结论105




10.3实例仿真113




10.4本章小结116




参考文献116










第11章具有S-C及C-A时延的网络化Markov系统模态依赖控制器设计方法118




11.1问题描述119




11.2主要结论120




11.3实例仿真125




11.4本章小结127




参考文献128










第12章具有S-C及C-A数据包丢失的网络化Markov跳变系统H∞控制130




12.1系统建模131




12.2主要结论134




12.3实例仿真140




12.4本章小结145




参考文献145










第13章具有数据包丢失和受到DoS攻击的网络化Markov跳变系统H∞控制147




13.1系统建模148




13.2主要结论151




13.3实例仿真157




13.4本章小结159




参考文献159










第14章具有S-C数据包丢失的网络化Markov跳变系统的故障检测161




14.1问题描述162




14.2主要结论164




14.3实例仿真166




14.4本章小结168




参考文献169










第15章具有S-C及C-A时延的连续网络化Markov跳变系统的容错控制170




15.1问题描述171




15.2主要内容173




15.3实例仿真176




15.4本章小结180




参考文献180










第16章具有S-C及C-A时延的连续网络化Markov跳变系统事件触发控制182




16.1问题描述183




16.2主要内容186




16.3实例仿真190




16.4本章小结191




参考文献192










第17章具有S-C及C-A时延的网络化Lurie控制系统的事件触发鲁棒容错控制194




17.1问题描述195




17.2主要结论199




17.3实例仿真204




17.4本章小结208




参考文献208










第18章具有S-C及C-A时延的离散网络控制系统事件触发故障检测210




18.1问题描述211




18.2主要结论213




18.3实例仿真220




18.4本章小结223




参考文献223










第19章具有时延和受到周期DoS攻击的网络化Lurie控制系统事件触发控制225




19.1问题描述226




19.2主要结论231




19.3实例仿真237




19.4本章小结238




参考文献239