【摘 要】
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网络化控制系统是将控制器、执行器与传感器通过通信网络连接起来的一种分布式控制系统,具有远程和大范围控制、便于安装和维护、移动性强等优点。由于通信网络特别是无线网络的开放性和保护不足,通过网络传输的数据很容易被窃取,甚至遭到恶意攻击者的破坏。因此,本文从控制安全的角度研究了网络化控制系统中虚假数据注入攻击的设计、检测和分析问题,主要研究工作如下:(1)针对网络化控制系统反馈通道测量数据和前向通道控制
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网络化控制系统是将控制器、执行器与传感器通过通信网络连接起来的一种分布式控制系统,具有远程和大范围控制、便于安装和维护、移动性强等优点。由于通信网络特别是无线网络的开放性和保护不足,通过网络传输的数据很容易被窃取,甚至遭到恶意攻击者的破坏。因此,本文从控制安全的角度研究了网络化控制系统中虚假数据注入攻击的设计、检测和分析问题,主要研究工作如下:(1)针对网络化控制系统反馈通道测量数据和前向通道控制数据,设计了虚假数据注入攻击序列,并给出了攻击隐蔽性的定义,使其在不被残差分布检测器检测到的情况下,破坏系统性能甚至使系统不稳定;然后,经理论分析和数值仿真验证了提出的攻击序列的有效性。(2)为成功检测上述双通道隐蔽虚假数据注入攻击,提出了一种主动修改数据的检测方案;基于现实考虑,假定攻击者可基于修改后的数据来辨识系统模型,并生成攻击序列;然后,从攻击者能够精确辨识系统模型和不能精确辨识系统模型两方面分别进行了理论分析和仿真验证,评估了所提检测方案的有效性。(3)针对网络化控制系统部分传感器测量数据,设计了一种虚假数据注入攻击策略,分析了攻击的隐蔽性及其对闭环系统性能的影响;然后,经理论分析和仿真验证得到两个结论:针对部分传感器测量的虚假数据注入攻击不再总是隐蔽;无论开环系统稳定还是不稳定,都可能使相应的闭环系统稳定或发散。(4)以网络化直流电机控制系统为实验平台,分别设计了双通道虚假数据注入攻击设计和检测系统的实验Simulink框图程序;通过实物实验,进一步验证了攻击设计和检测方案的可行性。
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