کنترل ساختار متغیر تطبیقی با همگرایی عملی در زمان متناهی برای سیستم های سایبر-فیزیکی غیرخطی تحت حملات تزریق داده های نادرست

سیستم های سایبر-فیزیکی (CPS) که به شبکه های ارتباطی وابسته هستند، مانند شبکه CANbus مورد استفاده در خودروهای سنگین (HDV)، در برابر حملات تزریق داده های نادرست (FDI) آسیب پذیرند؛ این حملات کانال کنترلی رو به جلو را دستکاری کرده و پایداری حلقه بسته را مختل می کنند. در این مقاله یک استراتژی کنترل ساختار متغیر تطبیقی (VSC) با همگرایی عملی در زمان متناهی برای سیستم های سایبر-فیزیکی غیرخطی مرتبه اول و دوم (n ∈ {۱, ۲}) پیشنهاد می شود. این روش یک تخمین گر آنلاین مبتنی بر شبکه عصبی تابع پایه گاوسی (GRBFNN) را با یک سطح لغزش ترمینال غیر-تکین (NTSM) و یک قانون رسیدن توان-علامت دار ادغام می کند تا به طور همزمان جبران حمله و ردیابی را محقق سازد. قانون به روزرسانی وزن های GRBFNN گرادیان نزولی روی متغیر لغزش را با اصلاح σ و یک عملگر پراجکشن هموار ترکیب می کند، به گونه ای که وزن ها تحت سیگنال های حمله ناشناخته و متغیر با زمان، بدون هیچ گونه پیش دانشی از کران های حمله، کراندار باقی می مانند. تحلیل لیاپانوف پایداری عملی در زمان متناهی را تایید می کند: بردار خطای ردیابی به یک همسایگی باقیمانده با شعاع ρ* = O(ε*/k₂) + O(σ_w‖w*_a‖₂) در زمان متناهی T* وارد می شود که از پارامترهای طراحی به تنهایی قابل محاسبه است. استراتژی پیشنهادی روی پلنت کنترل سرعت خودروی سنگین غیرخطی (m_tot = ۴۰,۲۲۸ کیلوگرم، نقطه تنظیم v_cc = ۸۰ کیلومتر بر ساعت) در برابر سه سناریو حمله FDI — سینوسی، مدولاسیون دامنه، و تصادفی با پهنای باند محدود، هر کدام تا ۲۰۰۰ نیوتن روی CANbus — در افق شبیه سازی ۵۰۰ ثانیه ای اعتبارسنجی می شود. نتایج نشان می دهند خطای سرعت در حالت ماندگار زیر ۵ × ۱۰⁻⁵ متر بر ثانیه است و گشتاور اوج موتور ۳۲٪ نسبت به خط پایه کاهش می یابد (۱/۳۱ در برابر ۸/۴۵ کیلونیوتن متر).

کلیدواژه ها:

سیستم سایبر-فیزیکی ، تزریق داده های نادرست ، پایداری عملی در زمان متناهی ، کنترل مد لغزشی ترمینال ، شبکه عصبی تابع پایه شعاعی