【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及滑模容错安全控制，特别是指一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法及装置。
技术介绍
1、近年来，信息物理系统已成为工业4.0时代的基石。信息物理系统集成了人、机器、对象、环境，促进了物理和网络空间的快速交互和高效协作。通过利用感知、计算、通信和控制等先进技术，信息物理系统实现了按需响应。然而，尽管信息物理系统具有远程通信技术的优势，但由于开放的网络环境，信息物理系统仍面临着重大的安全挑战。物理世界和网络世界的融合提高了信息物理系统的效率，但同时也使其更容易受到安全威胁。由于依赖无线通信网络进行数据交换和组件协调，信息物理系统面临潜在的恶意攻击，这可能对物理系统造成严重的非接触式损害。因此，增强对网络威胁的防御能力成为信息物理系统研究的一个重要领域。
2、在信息物理系统中，干扰攻击对无线通信网络构成了重大威胁，能够在不完全了解系统和数据的情况下暂时或永久地中断通信。从控制的角度来看，干扰攻击的特征是时变的信噪比，信噪比是发射信号功率与信道噪声和攻击者干扰功率和之比。在无线信道中注入强干扰信号会降低信噪比，从而会导致数据传输失败。随着智能干扰攻击的兴起，在不完全信息环境下，通过提出贝叶斯斯塔克尔伯格博弈来建模传输者和智能攻击者之间的复杂交互，能够有效降低智能干扰攻击对数据传输质量的影响。此外，信息物理系统的传感器和执行器很容易发生故障，执行器和传感器同时发生故障可能会导致系统不稳定。容错控制已成为解决传感器和执行器故障对信息物理系统负面影响，提高系统可靠性和安全性的重要方法，同时考虑到滑模控制具有响应快
3、现有的滑模容错安全控制问题中主要考虑的是普通的干扰攻击，攻击者通常使用周期性或非周期性策略向信道注入相同的干扰信号。然而，智能干扰攻击者能够自适应的发射干扰功率并通过观察发射器的发送功率来调整其策略。同时，考虑到在实际情况下，传输者和攻击者进行复杂交互时准确获得对方的信道增益和传输成本是十分困难的。因此，研究在不完全信息下智能攻击者与传输者之间的复杂交互是很重要的。另一方面，信息物理系统的传感器和执行器由于老化、损坏、操作移位和温度波动等原因可能会发生故障。对此，目前还未有针对不完全信息下传输者和攻击者博弈的研究，更不用说同时考虑多个物理故障的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方案。
技术实现思路
1、为了解决现有的滑模容错安全控制问题的研究主要是单一考虑物理层中多故障对系统的影响，然而在网络层中数据在无线信道传输中很容易受到干扰攻击的影响的技术问题，本专利技术实施例提供了一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法及装置。所述技术方案如下：
2、一方面，提供了一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，该方法由滑模容错安全控制设备实现，该方法包括：
3、s1、针对具有传感器故障和执行器故障的离散信息物理系统，建立考虑故障的动态模型。
4、s2、针对干扰攻击进行贝叶斯斯塔克尔伯格博弈数学建模，得到博弈双方的最优功率策略。
5、s3、根据考虑故障的动态模型以及博弈双方的最优功率策略，得到丢包后的动态模型。
6、s4、根据丢包后的动态模型，设计集成观测器，估计离散信息物理系统的状态。
7、s5、根据离散信息物理系统的状态估计，设计基于博弈结果的滑模容错安全控制器，完成干扰攻击下基于不完全信息的离散信息物理系统有限时滑模容错安全控制。
8、可选地，s1中的考虑故障的动态模型，如下式（1）所示：
9、（1）
10、式中，表示时刻的状态，表示时刻的状态，表示n维欧式空间，表示时刻，表示常数矩阵，表示常数矩阵，表示控制输入，表示1维欧式空间，表示常数矩阵，表示执行器故障，表示常数矩阵，表示外部扰动，表示测量输出信号，表示p维欧式空间，表示常数矩阵，表示常数矩阵，表示传感器故障。
11、其中，执行器故障和传感器故障的范数满足如下条件：
12、（2）
13、式中，，表示执行器故障范数的上界，，表示执行器故障差分范数的上界，，表示传感器故障范数的上界。
14、考虑故障的动态模型中，执行器从控制器接收到的信号，如下式（3）所示：
15、（3）
16、式中，表示执行器的实际输入，表示指示函数，当表示数据包传输成功；当表示数据包传输失败，表示最后一次成功传输的控制信号；
17、其中，服从伯努利分布如下式（4）所示：
18、（4）
19、其中，
20、（5）
21、式中，表示成功传输数据包的概率，表示误码率，表示数据包的长度，表示高斯误差函数的补函数，表示信道数据速率，表示发射器和接收机之间的信道增益，表示发送功率，表示信道宽度，表示加性高斯白噪声，表示攻击者和接收者之间的信道增益，表示干扰功率。
22、可选地，s2中的针对干扰攻击进行贝叶斯斯塔克尔伯格博弈数学建模，得到博弈双方的最优功率策略，包括：
23、s21、根据智能攻击者的联合概率分布以及传输者的联合概率分布，建立传输者的效用函数以及智能攻击者的效用函数。
24、s22、根据传输者的效用函数以及智能攻击者的效用函数，将传输者与智能攻击者之间的决策过程建模为贝叶斯斯塔克尔伯格博弈，得到博弈双方的最优功率策略。
25、可选地，s3中的丢包后的动态模型，如下式（6）所示：
26、（6）。
27、可选地，s4中的根据丢包后的动态模型，设计集成观测器，包括：
28、将丢包后的动态模型重写为紧凑的形式，根据重写后的动态模型设计集成观测器。
29、其中，集成观测器，如下式（7）所示：
30、（7）
31、式中，，，表示维数的单位矩阵，表示维，表示维数的单位矩阵，表示维，表示维，表示中间变量，，表示一个已知的标量，表示维数的单位矩阵，表示观测器的比例增益，，，，表示的估计值，，表示的逆矩阵，表示观测器的导数增益。
32、可选地，s5中的根据离散信息物理系统的状态估计，设计基于博弈结果的滑模容错安全控制器，包括：
33、根据离散信息物理系统的状态估计设计滑模面函数，根据滑模面函数，设计趋近律，进而设计基于博弈结果的滑模容错安全控制器。
34、可选地，基于博弈结果的滑模容错安全控制器，如下式（8）所示：
35、（8）
36、式中，，，表示矩阵的转置，表示一个任意矩阵，表示时刻的系统状态估计值，表示时刻的执行器故障估计值，表示比例增益对于状态的分量，表示时刻的误差，表示设计的趋近律。
37、另一方面，提供了一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制装置，该装置应用于信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，该装置包括：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述S1中的考虑故障的动态模型，如下式（1）所示：
3.根据权利要求2所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述S2中的针对干扰攻击进行贝叶斯斯塔克尔伯格博弈数学建模，得到博弈双方的最优功率策略，包括：
4.根据权利要求3所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述S3中的丢包后的动态模型，如下式（6）所示：
5.根据权利要求4所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述S4中的根据所述丢包后的动态模型，设计集成观测器，包括：
6.根据权利要求5所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述S5中的根据离散信息物理系统的状态估计，设计基于博弈结果的滑模容错安全控制器，包括：
7.根据权利要求6所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述基于博弈结果的滑模容错安全控制器，如
8.一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制装置，所述信息物理系统有限时滑模容错安全控制装置用于实现如权利要求1-7任一项所述信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述装置包括：
9.一种滑模容错安全控制设备，其特征在于，所述滑模容错安全控制设备包括：
10.一种计算机可读取存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述s1中的考虑故障的动态模型，如下式（1）所示：
3.根据权利要求2所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述s2中的针对干扰攻击进行贝叶斯斯塔克尔伯格博弈数学建模，得到博弈双方的最优功率策略，包括：
4.根据权利要求3所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述s3中的丢包后的动态模型，如下式（6）所示：
5.根据权利要求4所述的信息物理系统有限时滑模容错安全控制方法，其特征在于，所述s4中的根据所述丢包后的动态模型，设计集成观测器，包括：
6.根据权利要求5所述的信息物理...
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