Robust security‐based model predictive control for nonlinear cyber‐physical system under random occurring deception attacks and actuator saturation

非线性系统 欺骗 控制理论(社会学) 饱和(图论) 执行机构 安全控制 计算机科学 计算机安全 控制(管理) 人工智能 数学 心理学 物理 社会心理学 量子力学 组合数学
作者
Yuying Wu,Langwen Zhang,Wei Xie
出处
期刊:International Journal of Robust and Nonlinear Control [Wiley]
卷期号:34 (13): 9067-9088 被引量:1
标识
DOI:10.1002/rnc.7448
摘要

Abstract This article presents a robust security‐based model predictive control (MPC) framework for a class of discrete‐time nonlinear cyber‐physical systems (CPSs) suffering random deception attacks and persistent actuator saturation. In CPSs, the attacks can significantly degrade the control performance. Naturally, a larger degree of control is required, prompting the consideration of actuator saturation in CPS's structure. In our work, the cyberattacks on the controller‐actuator (C‐A) channel are described as a stochastic process with specific probability and bounded energy. The security‐related constraint is introduced to improve the resistance and robustness against attacks. Mean‐square quadratic boundedness is derived to estimate the robustly invariant set. By placing the saturated input into a convex hull, a robust security‐based MPC optimization problem is addressed less conservatively with linear matrix inequality technique. Furthermore, the feasibility of the proposed method is proved recursively, and the stability and security of the closed‐loop system are established in mean‐square sense. In the end, the laboratory tank and reactor‐separator process are applied to validate the effectiveness of the proposed algorithm.
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