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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：变工况运行的过程控制系统中虚假数据注入攻击检测方法及设备，属于工业信息物理系统和工业控制系统的攻击检测技术领域。为了解决现有的变工况运行的过程控制异步切换系统中存在因工况改变和模态不匹配导致误报高的问题。本发明首先建立被控切换系统的模型及状态空间模型，构建各个匹配模态下的观测器和各个不匹配模态下的观测器；基于各个模态下的无攻击时的离线数据驱动被控系统与观测器的离线数据，生成残差数据，并确定攻击检测报警的阈值；然后根据被控系统的模态切换信号与观测器的切换信号来确定对应采用匹配模态下的观测器或不匹配模态下的观测器生成在线残差信号，并根据攻击检测报警的阈值进行检测。

主权项：1.变工况运行的过程控制系统中虚假数据注入攻击检测方法，其特征在于，包括异步切换鲁棒观测器的设计阶段，以及攻击检测系统的在线部署并进行检测的阶段；所述异步切换鲁棒观测器的设计阶段包括以下步骤：步骤一、根据实际系统运行情况确定切换系统的模态个数k，对被控系统的各个模态进行建模，获得对应的状态空间模型： yt＝Cixit+Fdidt其中，i＝1，2，…，k表示模态的编号，为系统矩阵，为控制矩阵，为输出矩阵；n表示系统状态数，m表示控制信号个数，p表示测量信号个数；xit表示状态变量，表示xit的一阶导数；yt表示输出变量，ut表示控制指令变量，dt表示外部扰动信号，Edi和Fdi分别表示状态方程和输出方程中与扰动相关的系数矩阵；步骤二、设计异步切换系统鲁棒观测器组：步骤B1、对于全部模态设定k组无量纲的常数参数ai、βi，满足ai≥1，βi1；步骤B2、对于全部i＝1，2，…，k，求解以下线性矩阵不等式，解得匹配模态下中间变量矩阵Ri的数值；设定匹配模态下观测器非线性项的参数矩阵 其中，T表示矩阵的转置；矩阵中的元素表示用于求解匹配模态下观测器中非线性滑模项的系数矩阵的中间变量： ψ12＝0，ψ14＝0，ψ15＝0，ψ23＝0， ψ25＝-Ri， ψ34＝0，ψ35＝0， 步骤B3、对于全部模态i＝1，2，…，k，j表示不同于i的其他模态编号，设定k组无量纲的常数参数ηi2、aij、βij，满足aij≥1，βij1；步骤B4、对于全部i＝1，2，…，k，求解以下线性矩阵不等式，解得不匹配模态下观测器的中间变量矩阵Rij等矩阵的数值；设定不匹配模态下观测器非线性项的参数矩阵 其中，矩阵中的元素表示用于求解不匹配模态下观测器中非线性滑模项的系数矩阵的中间变量： 步骤B5、计算各个模态下的观测器残差项的增益矩阵： 步骤三、判断采用上述设计的观测器残差项的增益矩阵Gi时观测器是否满足稳定性要求，不满足返回步骤二改变常数参数进行重新设计；满足稳定性要求，构建各个匹配模态下的观测器和各个不匹配模态下的观测器；步骤四、基于各个模态下的无攻击时的离线数据驱动被控系统与观测器的离线数据，生成残差数据rit，并基于残差数据rit确定攻击检测报警的阈值Ji，th；所述攻击检测系统的在线部署并进行检测的阶段包括以下步骤：步骤五、首先根据被控系统的模态切换信号与观测器的切换信号来判断是处于匹配还是不匹配，然后对应采用匹配模态下的观测器或不匹配模态下的观测器生成在线残差信号；步骤六、基于生成在线残差信号和攻击检测报警的阈值Ji，th对攻击进行检测。

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