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| 編輯推薦： |
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通信系统在融合信息空间和物理空间过程中起着核心的连接作用。然而，在工业实际中，通信传输设备会受到来自信息空间的各类攻击影响（即，网络攻击），可能导致信息传输的错误甚至失败，进而引起CPS系统的不稳或者性能下降。本书系统性地围绕CPS的安全控制问题进行深入研究，包括主动引入编解码协议和被动面对网络攻击，分别给出设计安全控制策略的方法和条件，并定量揭示编解码协议和网络攻击对闭环控制系统的性能影响。
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| 內容簡介： |
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本书针对非线性/随机/切换/大规模CPS的安全控制问题，系统阐述了复杂CPS建模、编解码协议的设计与实现、基于滑模技术的安全控制理论和方法。内容包括：CPS提出的相关背景及研究进展、随机丢包影响下编解码协议的设计问题、虚假注入攻击下CPS 的滑模安全控制问题、拒绝服务攻击下CPS的滑模安全控制问题。本书可供控制科学与工程、计算机等领域的技术人员参考，也可作为相关专业研究生和高年级本科生的教学用书。
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| 目錄：
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第1章 绪论 001
1.1 信息物理系统 002
1.2 信息物理系统安全控制 003
1.2.1 编解码协议 003
1.2.2 网络攻击 004
1.2.3 基于安全性约束的滑模控制 006
1.3 本书内容 008
参考文献 010
第2章 基于自适应量化参数的安全控制策略 013
2.1 概述 014
2.2 问题描述 014
2.3 主要结果 017
2.3.1 量化器描述 017
2.3.2 带有可调量化参数的控制策略 018
2.3.3 编解码下的量化参数实际调整规则 023
2.4 仿真实例 027
2.5 本章小结 030
参考文献 030
第3章 虚假数据注入攻击下的Markov跳变系统滑模安全控制 033
3.1 概述 034
3.2 问题描述 034
3.3 主要结果 038
3.3.1 滑模面设计 038
3.3.2 针对攻击参数未知的自适应滑模控制器设计 039
3.3.3 可达性分析和稳定性分析 041
3.4 仿真实例 051
3.5 本章小结 054
参考文献 054
第4章 虚假数据注入攻击下的模糊系统滑模安全控制 057
4.1 概述 058
4.2 问题描述 059
4.2.1 输入-状态稳定相关定义和引理 059
4.2.2 区间二型T-S模糊系统 059
4.2.3 虚假数据注入攻击模型 060
4.3 主要结果 061
4.3.1 输入-状态稳定性分析 063
4.3.2 自适应滑模控制器设计和可达性分析 066
4.3.3 优化求解算法 068
4.4 仿真实例 070
4.5 本章小结 080
参考文献 081
第5章 虚假数据注入攻击下的大规模系统滑模安全控制 083
5.1 概述 084
5.2 问题描述 085
5.3 主要结果 087
5.3.1 新型滑模函数设计与最优滑模控制动态性能分析 087
5.3.2 可达性分析与部分模型依赖的分散式滑模控制律设计 088
5.3.3 基于ADP的分散式滑模控制律设计 090
5.4 仿真实例 097
5.5 本章小结 108
参考文献 109
第6章 虚假数据注入攻击下的切换系统滑模安全控制 111
6.1 概述 112
6.2 问题描述 113
6.3 主要结果 115
6.3.1 依令牌滑模控制器设计 115
6.3.2 依概率输入-状态稳定性分析 117
6.3.3 可达性分析 122
6.3.4 求解算法 124
6.4 仿真实例 127
6.5 本章小结 133
参考文献 133
第7章 随机DoS攻击下的切换系统滑模安全控制 135
7.1 概述 136
7.2 问题描述 136
7.3 主要结果 139
7.3.1 动态输出反馈滑模控制器设计 139
7.3.2 可达性分析 140
7.3.3 滑模动态分析 146
7.3.4 求解算法 150
7.4 仿真实例 154
7.5 本章小结 158
参考文献 158
第8章 随机DoS攻击下的模糊系统滑模安全控制 161
8.1 概述 162
8.2 问题描述 163
8.2.1 随机通信调度协议 163
8.2.2 DoS攻击及补偿策略 164
8.2.3 离散时间区间二型T-S模糊系统 164
8.3 主要结果 166
8.3.1 随机稳定性分析 168
8.3.2 可达性分析 171
8.3.3 优化求解算法 174
8.4 仿真实例 178
8.5 本章小结 183
参考文献 184
第9章 间歇性DoS攻击下的模糊系统滑模安全控制 187
9.1 概述 188
9.2 问题描述 188
9.2.1 区间二型T-S模糊系统 188
9.2.2 间歇性DoS攻击模型 189
9.3 主要结果 190
9.3.1 滑模控制器设计和可达性分析 192
9.3.2 误差系统稳定性 194
9.4 仿真实例 204
9.5 本章小结 210
参考文献 211
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| 內容試閱：
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信息物理系统（Cyber-Physical Systems， CPS）是一种集信息空间、通信网络、物理空间于一体的深度融合系统，是加快实现信息化和工业化于一体的智能制造的重要支撑体系。近年来，CPS在智能电网、无人机、智能制造等多个领域展现了巨大的潜在应用价值，因而受到了学界和工业界的广泛关注。值得注意的是，在CPS中，通信系统在融合信息空间和物理空间过程中起着核心的连接作用。然而，在工业中，通信传输设备会受到来自信息空间的各类攻击（网络攻击）影响，可能导致信息传输错误甚至失败，进而引起CPS系统的不稳定或者性能下降。上述问题触发了通信和控制科学领域对CPS安全控制问题越来越多的研究。
面对CPS的安全控制问题，有主动和被动两种处理方法。主动处理方法的核心思想是，在CPS中引入编解码、加解密、隐私保护等网络协议，主动提高网络通信数据的安全性。被动处理方法的主要思路是，在考虑网络攻击情形下，根据不同网络攻击模型进行数学建模，并在设计远程控制器时被动抑制网络攻击对控制系统的性能影响。同时，在实际工程动态系统中，不可避免地存在外界扰动和内部模型不确定性，这些不利因素会恶化系统的稳定性。在目前的工程应用中，滑模控制是一类广泛应用且有效的鲁棒控制理论及方法，其核心优势是对匹配不确定性的完全补偿作用，即不变特性（比鲁棒性更好）。然而，目前学界针对CPS的安全滑模控制问题的研究尚处于初步阶段，特别是考虑随机/切换/大规模/非线性CPS的相关研究更是鲜有涉及。本书将系统性地围绕CPS的安全控制问题进行深入研究，包括主动引入编解码协议和被动面对网络攻击，分别给出设计安全控制策略的方法和条件，并定量揭示编解码协议和网络攻击对闭环控制系统的性能影响。
本书由9章组成。第1章是绪论，介绍了CPS提出的相关背景及关于CPS安全控制的研究进展情况。第2章讨论了随机丢包影响下编解码协议的设计问题，并给出了基于可调量化参数的编解码协议设计方法和H∞安全控制策略的设计条件。第3～6章讨论了虚假数据注入攻击下CPS的滑模安全控制问题，其中，第3章讨论了虚假数据注入攻击下Markov跳变CPS的自适应滑模安全控制问题；第4章讨论了虚假数据注入攻击下区间二型T-S模糊系统的自适应滑模安全控制问题；第5章基于自适应动态规划理论，讨论了虚假数据注入攻击下部分未知大规模CPS自适应最优滑模安全控制问题；第6章研究了虚假数据注入攻击和循环协议下切换CPS滑模安全控制问题。第7～9章讨论了拒绝服务（Denial-of-Service， DoS）攻击下CPS的滑模安全控制问题，其中，第7章讨论了DoS 攻击下不确定切换CPS的事件触发滑模安全控制问题；第8章和第9章基于区间二型T-S模糊系统模型，分别讨论了随机和间歇性DoS攻击下非线性CPS的安全滑模控制问题。
本书可以为控制科学与工程、计算机等领域相关技术人员提供参考，也可供相关专业高年级本科及研究生学习。
本书研究工作得到了国家自然科学基金项目（62073139；61673174; 62173222; 61903143；61803255；62103219）和上海市教育委员会、上海市教育发展基金会“晨光计划”项目（19CG33）、上海市科学技术委员会“扬帆计划”项目（19YF1412100）、上海市科学技术委员会自然科学基金面上项目（18ZR1416700）、安徽工程大学引进人才科研启动基金资助项目（2021YQQ059）的大力支持。笔者由衷感谢香港城市大学Daniel W. C. Ho 教授、伦敦国王学院Hak-Keung Lam 教授、英国布鲁内尔大学Zidong Wang教授、上海交通大学邹媛媛教授给予的大力支持。课题组研究生李佳芮、杨业凯、黄龙阳、汪煜坤等承担了本书的文字整理、录入与校对工作，在此表示感谢。
由于笔者水平有限，书中存在不妥之处在所难免，我们诚恳地希望广大读者批评指正。
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