本書論述了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象、事件觸發(fā)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)攻擊和外部干擾各要素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提出了系統(tǒng)控制策略。為了便于讀者理解，本書按照先易后難的原則組織相關(guān)材料，把網(wǎng)絡(luò)僅存在于傳感器和控制器之間的控制問題，逐步推廣到網(wǎng)絡(luò)不僅存在于傳感器和控制器之間，還存在于控制器與執(zhí)行器之間的控制問題，且綜合考慮網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象、網(wǎng)絡(luò)攻擊、事件觸發(fā)機(jī)制等多種因素下的控制器設(shè)計(jì)問題。
本書總結(jié)了作者近年來關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方面的研究，可以作為高等院?？刂评碚撆c工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信息與計(jì)算科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)與控制論等專業(yè)的博士和碩士研究生的專業(yè)參考書。

本書主要圍繞離散網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，用有限模態(tài)的Markov鏈描述網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，把網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)建模為含有單個(gè)或者多個(gè)Markov鏈的控制系統(tǒng)，在Markov鏈轉(zhuǎn)移概率部分未知的條件下，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定、故障檢測(cè)及容錯(cuò)控制、網(wǎng)絡(luò)攻擊下的系統(tǒng)安全等問題，特色如下： （1）本書對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的刻畫，充分考慮了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、丟包、量化、復(fù)雜攻擊行為的因素，能夠更加準(zhǔn)確地描述網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)現(xiàn)象的變化規(guī)律。 （2）本書旨在解決轉(zhuǎn)移概率部分未知條件下網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其故障檢測(cè)問題，對(duì)于完善和豐富相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)理論具有重要的理論和實(shí)際意義。 （3）旨在突破基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)控制系統(tǒng)的兩大瓶頸問題（安全與能耗），對(duì)包含網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象及網(wǎng)絡(luò)攻擊的復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行綜合建模，并設(shè)計(jì)合理的事件觸發(fā)機(jī)制以減少數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)而節(jié)約能量。不同于現(xiàn)有大多數(shù)文獻(xiàn)僅考慮網(wǎng)絡(luò)攻擊下的安全問題，兼顧安全與能耗兩大因素的研究是本書的另一特色。

隨著信息化與工業(yè)化的深度融合，將計(jì)算、控制和通信技術(shù)綜合于一體的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（networked control system，NCS）應(yīng)運(yùn)而生。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的變化實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)態(tài)交互方式，解決智能生產(chǎn)、生活的重大需求，實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)效率和改善人們生活質(zhì)量的目的。正是由于具備上述特性，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、智能電網(wǎng)、智能交通等領(lǐng)域。
網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，使得數(shù)據(jù)的傳輸不可避免地存在時(shí)延、丟包等網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降甚至使得系統(tǒng)不穩(wěn)定。并且，網(wǎng)絡(luò)的開放性，使得控制系統(tǒng)容易遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊的影響，產(chǎn)生諸多網(wǎng)絡(luò)安全隱患。另外，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)廣泛采用基于時(shí)間觸發(fā)的通信機(jī)制來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，這種通信模式意味著各傳感器節(jié)點(diǎn)在每一固定時(shí)刻都要傳輸、接收并處理數(shù)據(jù)，不可避免地浪費(fèi)了節(jié)點(diǎn)的能量和帶寬。近年來，事件觸發(fā)機(jī)制被提出并引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。與時(shí)間觸發(fā)機(jī)制不同，在事件觸發(fā)機(jī)制下，是事件而不是固定的時(shí)間周期決定了采樣數(shù)據(jù)是否被傳輸。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)各要素之間，如網(wǎng)絡(luò)攻擊模式、事件觸發(fā)機(jī)制與網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象之間，必然存在著相互影響的內(nèi)在聯(lián)系，各要素之間的交叉耦合又制約著安全控制器的設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的性能。
本書論述了網(wǎng)絡(luò)誘導(dǎo)現(xiàn)象、事件觸發(fā)機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)攻擊和外部干擾各要素對(duì)系統(tǒng)性能的影響，提出了系統(tǒng)控制策略。主要內(nèi)容如下：第1章介紹了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究背景、研究意義及研究的現(xiàn)狀；第2章介紹了必備的基礎(chǔ)知識(shí)；第3~6章及第8章對(duì)于網(wǎng)絡(luò)存在于傳感器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，針對(duì)時(shí)延（丟包）等因素的影響，討論了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)方法；第7章基于線性時(shí)不變廣義被控對(duì)象研究了網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的H∞控制問題；第9章研究了具有S-C（傳感器至控制器）和C-A（控制器至執(zhí)行器）丟包的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H∞控制方法；第10章對(duì)于具有S-C和C-A時(shí)延和丟包的離散網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，研究了基于觀測(cè)器的鎮(zhèn)定問題；第11章對(duì)于具有S-C和C-A時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化Markov（馬爾可夫）系統(tǒng)，研究了狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)問題；第12章對(duì)于具有S-C和C-A丟包的網(wǎng)絡(luò)化Markov系統(tǒng)，研究了具有觀測(cè)器的控制問題；第13章討論了同時(shí)有Lipschitz（利普希茨）非線性、數(shù)據(jù)包丟失和受到周期性DoS攻擊的網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)的基于觀測(cè)器的控制問題；第14章對(duì)具有S-C丟包的網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)討論了故障檢測(cè)問題；第15章針對(duì)具有S-C及C-A兩段不確定時(shí)延的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)，研究了其在執(zhí)行器故障下的觀測(cè)器與容錯(cuò)控制器的協(xié)同設(shè)計(jì)問題；第16章針對(duì)具有S-C及C-A兩段不確定時(shí)延的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)，研究了基于事件觸發(fā)機(jī)制的觀測(cè)器與控制器的協(xié)同設(shè)計(jì)問題；第17章針對(duì)S-C和C-A之間均具有時(shí)延和不確定性的連續(xù)Lurie NCS，設(shè)計(jì)了魯棒容錯(cuò)控制器，使得系統(tǒng)執(zhí)行器發(fā)生故障時(shí)，能夠?qū)收嫌行У厝蒎e(cuò)并使系統(tǒng)保持穩(wěn)定；第18章同時(shí)考慮事件觸發(fā)機(jī)制及S-C和C-A時(shí)延對(duì)系統(tǒng)的影響，研究了基于觀測(cè)器的NCS的故障檢測(cè)問題；第19章對(duì)于受到周期DoS攻擊和具有時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化Lurie控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了基于事件觸發(fā)機(jī)制的控制器。
本書可以作為高等院?？刂评碚撆c工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、信息與計(jì)算科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)與控制論等專業(yè)的博士和碩士研究生的專業(yè)參考書。
本書總結(jié)了作者近年來關(guān)于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)方面的研究。由于作者水平有限，對(duì)于書中存在的缺點(diǎn)和不足之處，懇請(qǐng)專家和讀者不吝賜教！

作者
2024年10月

第1章緒論1
1.1研究背景與意義1
1.2NCS的控制2
1.3基于網(wǎng)絡(luò)的濾波5
1.4NCS的故障檢測(cè)7
1.5NCS的調(diào)度策略10
1.6本書主要內(nèi)容及框架14
參考文獻(xiàn)16

第2章基礎(chǔ)知識(shí)23
2.1主要符號(hào)說明23
2.2Lyapunov 穩(wěn)定性理論23
2.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)（NCS）的建模24
2.4線性矩陣不等式（LMI）24
2.5本章小結(jié)25

第3章具有S-C數(shù)據(jù)包丟失的基于觀測(cè)器的控制系統(tǒng)容錯(cuò)控制26
3.1問題描述26
3.2控制器設(shè)計(jì)28
3.3實(shí)例仿真30
3.4本章小結(jié)31
參考文獻(xiàn)31

第4章S-C時(shí)延轉(zhuǎn)移概率部分未知的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制33
4.1問題描述33
4.2控制器設(shè)計(jì)35
4.3實(shí)例仿真37
4.4本章小結(jié)38
參考文獻(xiàn)38

第5章具有S-C時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法40
5.1狀態(tài)反饋控制41
5.2輸出反饋控制46
5.3網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H∞控制51
5.4網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)保性能控制57
5.5本章小結(jié)60
參考文獻(xiàn)61

第6章具有S-C時(shí)延基于觀測(cè)器的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)輸出反饋控制63
6.1問題描述64
6.2控制器設(shè)計(jì)66
6.3實(shí)例仿真69
6.4本章小結(jié)69
參考文獻(xiàn)70

第7章一類廣義網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的魯棒控制71
7.1典型廣義系統(tǒng)模型71
7.2預(yù)備知識(shí)72
7.3問題描述73
7.4廣義網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H∞控制75
7.5實(shí)例仿真79
7.6本章小結(jié)80
參考文獻(xiàn)80

第8章具有時(shí)延和Markov丟包特性的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)反饋控制82
8.1問題描述82
8.2控制器設(shè)計(jì)84
8.3實(shí)例仿真86
8.4本章小結(jié)87
參考文獻(xiàn)87

第9章具有S-C及C-A數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)H∞控制方法89
9.1問題描述90
9.2主要結(jié)論92
9.3實(shí)例仿真96
9.4本章小結(jié)99
參考文獻(xiàn)100

第10章具有S-C及C-A時(shí)延和數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法102
10.1問題描述103
10.2主要結(jié)論105
10.3實(shí)例仿真113
10.4本章小結(jié)116
參考文獻(xiàn)116

第11章具有S-C及C-A時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化Markov系統(tǒng)模態(tài)依賴控制器設(shè)計(jì)方法118
11.1問題描述119
11.2主要結(jié)論120
11.3實(shí)例仿真125
11.4本章小結(jié)127
參考文獻(xiàn)128

第12章具有S-C及C-A數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)H∞控制130
12.1系統(tǒng)建模131
12.2主要結(jié)論134
12.3實(shí)例仿真140
12.4本章小結(jié)145
參考文獻(xiàn)145

第13章具有數(shù)據(jù)包丟失和受到DoS攻擊的網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)H∞控制147
13.1系統(tǒng)建模148
13.2主要結(jié)論151
13.3實(shí)例仿真157
13.4本章小結(jié)159
參考文獻(xiàn)159

第14章具有S-C數(shù)據(jù)包丟失的網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)的故障檢測(cè)161
14.1問題描述162
14.2主要結(jié)論164
14.3實(shí)例仿真166
14.4本章小結(jié)168
參考文獻(xiàn)169

第15章具有S-C及C-A時(shí)延的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)的容錯(cuò)控制170
15.1問題描述171
15.2主要內(nèi)容173
15.3實(shí)例仿真176
15.4本章小結(jié)180
參考文獻(xiàn)180

第16章具有S-C及C-A時(shí)延的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)化Markov跳變系統(tǒng)事件觸發(fā)控制182
16.1問題描述183
16.2主要內(nèi)容186
16.3實(shí)例仿真190
16.4本章小結(jié)191
參考文獻(xiàn)192

第17章具有S-C及C-A時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)化Lurie控制系統(tǒng)的事件觸發(fā)魯棒容錯(cuò)控制194
17.1問題描述195
17.2主要結(jié)論199
17.3實(shí)例仿真204
17.4本章小結(jié)208
參考文獻(xiàn)208

第18章具有S-C及C-A時(shí)延的離散網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)事件觸發(fā)故障檢測(cè)210
18.1問題描述211
18.2主要結(jié)論213
18.3實(shí)例仿真220
18.4本章小結(jié)223
參考文獻(xiàn)223

第19章具有時(shí)延和受到周期DoS攻擊的網(wǎng)絡(luò)化Lurie控制系統(tǒng)事件觸發(fā)控制225
19.1問題描述226
19.2主要結(jié)論231
19.3實(shí)例仿真237
19.4本章小結(jié)238
參考文獻(xiàn)239