本書論述了網絡誘導現象、事件觸發機制、網絡攻擊和外部干擾各要素對系統性能的影響，提出了系統控制策略。為了便于讀者理解，本書按照先易后難的原則組織相關材料，把網絡僅存在于傳感器和控制器之間的控制問題，逐步推廣到網絡不僅存在于傳感器和控制器之間，還存在于控制器與執行器之間的控制問題，且綜合考慮網絡誘導現象、網絡攻擊、事件觸發機制等多種因素下的控制器設計問題。
本書總結了作者近年來關于網絡控制系統方面的研究，可以作為高等院校控制理論與工程、計算機應用技術、信息與計算科學、運籌學與控制論等專業的博士和碩士研究生的專業參考書。

本書主要圍繞離散網絡控制系統，用有限模態的Markov鏈描述網絡時延，把網絡控制系統建模為含有單個或者多個Markov鏈的控制系統，在Markov鏈轉移概率部分未知的條件下，利用Lyapunov穩定性理論研究了網絡控制系統的鎮定、故障檢測及容錯控制、網絡攻擊下的系統安全等問題，特色如下： （1）本書對復雜網絡環境的刻畫，充分考慮了網絡時延、丟包、量化、復雜攻擊行為的因素，能夠更加準確地描述網絡隨機現象的變化規律。 （2）本書旨在解決轉移概率部分未知條件下網絡控制系統的設計及其故障檢測問題，對于完善和豐富相關的網絡控制系統理論具有重要的理論和實際意義。 （3）旨在突破基于傳感器網絡的工業控制系統的兩大瓶頸問題（安全與能耗），對包含網絡誘導現象及網絡攻擊的復雜環境進行綜合建模，并設計合理的事件觸發機制以減少數據傳輸量進而節約能量。不同于現有大多數文獻僅考慮網絡攻擊下的安全問題，兼顧安全與能耗兩大因素的研究是本書的另一特色。

隨著信息化與工業化的深度融合，將計算、控制和通信技術綜合于一體的網絡控制系統（networked control system，NCS）應運而生。網絡控制系統根據環境的變化實時調整動態交互方式，解決智能生產、生活的重大需求，實現提高生產效率和改善人們生活質量的目的。正是由于具備上述特性，網絡控制系統已被廣泛應用于工業生產、智能電網、智能交通等領域。
網絡帶寬的限制，使得數據的傳輸不可避免地存在時延、丟包等網絡誘導現象，導致系統性能下降甚至使得系統不穩定。并且，網絡的開放性，使得控制系統容易遭受網絡攻擊的影響，產生諸多網絡安全隱患。另外，傳統的控制系統廣泛采用基于時間觸發的通信機制來實現數據的傳輸，這種通信模式意味著各傳感器節點在每一固定時刻都要傳輸、接收并處理數據，不可避免地浪費了節點的能量和帶寬。近年來，事件觸發機制被提出并引起了眾多學者的關注。與時間觸發機制不同，在事件觸發機制下，是事件而不是固定的時間周期決定了采樣數據是否被傳輸。從系統的觀點來看，網絡控制系統各要素之間，如網絡攻擊模式、事件觸發機制與網絡誘導現象之間，必然存在著相互影響的內在聯系，各要素之間的交叉耦合又制約著安全控制器的設計及網絡控制系統的性能。
本書論述了網絡誘導現象、事件觸發機制、網絡攻擊和外部干擾各要素對系統性能的影響，提出了系統控制策略。主要內容如下：第1章介紹了網絡控制系統的研究背景、研究意義及研究的現狀；第2章介紹了必備的基礎知識；第3~6章及第8章對于網絡存在于傳感器和控制器之間的網絡控制系統，針對時延（丟包）等因素的影響，討論了網絡控制系統的控制器設計方法；第7章基于線性時不變廣義被控對象研究了網絡控制系統的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（控制器至執行器）丟包的網絡控制系統H∞控制方法；第10章對于具有S-C和C-A時延和丟包的離散網絡控制系統，研究了基于觀測器的鎮定問題；第11章對于具有S-C和C-A時延的網絡化Markov（馬爾可夫）系統，研究了狀態反饋控制器設計問題；第12章對于具有S-C和C-A丟包的網絡化Markov系統，研究了具有觀測器的控制問題；第13章討論了同時有Lipschitz（利普希茨）非線性、數據包丟失和受到周期性DoS攻擊的網絡化Markov跳變系統的基于觀測器的控制問題；第14章對具有S-C丟包的網絡化Markov跳變系統討論了故障檢測問題；第15章針對具有S-C及C-A兩段不確定時延的連續網絡化Markov跳變系統，研究了其在執行器故障下的觀測器與容錯控制器的協同設計問題；第16章針對具有S-C及C-A兩段不確定時延的連續網絡化Markov跳變系統，研究了基于事件觸發機制的觀測器與控制器的協同設計問題；第17章針對S-C和C-A之間均具有時延和不確定性的連續Lurie NCS，設計了魯棒容錯控制器，使得系統執行器發生故障時，能夠對故障有效地容錯并使系統保持穩定；第18章同時考慮事件觸發機制及S-C和C-A時延對系統的影響，研究了基于觀測器的NCS的故障檢測問題；第19章對于受到周期DoS攻擊和具有時延的網絡化Lurie控制系統，設計了基于事件觸發機制的控制器。
本書可以作為高等院校控制理論與工程、計算機應用技術、信息與計算科學、運籌學與控制論等專業的博士和碩士研究生的專業參考書。
本書總結了作者近年來關于網絡控制系統方面的研究。由于作者水平有限，對于書中存在的缺點和不足之處，懇請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基于網絡的濾波5
1.4NCS的故障檢測7
1.5NCS的調度策略10
1.6本書主要內容及框架14
參考文獻16

第2章基礎知識23
2.1主要符號說明23
2.2Lyapunov 穩定性理論23
2.3網絡控制系統（NCS）的建模24
2.4線性矩陣不等式（LMI）24
2.5本章小結25

第3章具有S-C數據包丟失的基于觀測器的控制系統容錯控制26
3.1問題描述26
3.2控制器設計28
3.3實例仿真30
3.4本章小結31
參考文獻31

第4章S-C時延轉移概率部分未知的網絡控制系統狀態反饋控制33
4.1問題描述33
4.2控制器設計35
4.3實例仿真37
4.4本章小結38
參考文獻38

第5章具有S-C時延和數據包丟失的網絡控制系統控制器設計方法40
5.1狀態反饋控制41
5.2輸出反饋控制46
5.3網絡控制系統H∞控制51
5.4網絡控制系統保性能控制57
5.5本章小結60
參考文獻61

第6章具有S-C時延基于觀測器的網絡控制系統輸出反饋控制63
6.1問題描述64
6.2控制器設計66
6.3實例仿真69
6.4本章小結69
參考文獻70

第7章一類廣義網絡控制系統的魯棒控制71
7.1典型廣義系統模型71
7.2預備知識72
7.3問題描述73
7.4廣義網絡控制系統H∞控制75
7.5實例仿真79
7.6本章小結80
參考文獻80

第8章具有時延和Markov丟包特性的網絡控制系統反饋控制82
8.1問題描述82
8.2控制器設計84
8.3實例仿真86
8.4本章小結87
參考文獻87

第9章具有S-C及C-A數據包丟失的網絡控制系統H∞控制方法89
9.1問題描述90
9.2主要結論92
9.3實例仿真96
9.4本章小結99
參考文獻100

第10章具有S-C及C-A時延和數據包丟失的網絡控制系統控制器設計方法102
10.1問題描述103
10.2主要結論105
10.3實例仿真113
10.4本章小結116
參考文獻116

第11章具有S-C及C-A時延的網絡化Markov系統模態依賴控制器設計方法118
11.1問題描述119
11.2主要結論120
11.3實例仿真125
11.4本章小結127
參考文獻128

第12章具有S-C及C-A數據包丟失的網絡化Markov跳變系統H∞控制130
12.1系統建模131
12.2主要結論134
12.3實例仿真140
12.4本章小結145
參考文獻145

第13章具有數據包丟失和受到DoS攻擊的網絡化Markov跳變系統H∞控制147
13.1系統建模148
13.2主要結論151
13.3實例仿真157
13.4本章小結159
參考文獻159

第14章具有S-C數據包丟失的網絡化Markov跳變系統的故障檢測161
14.1問題描述162
14.2主要結論164
14.3實例仿真166
14.4本章小結168
參考文獻169

第15章具有S-C及C-A時延的連續網絡化Markov跳變系統的容錯控制170
15.1問題描述171
15.2主要內容173
15.3實例仿真176
15.4本章小結180
參考文獻180

第16章具有S-C及C-A時延的連續網絡化Markov跳變系統事件觸發控制182
16.1問題描述183
16.2主要內容186
16.3實例仿真190
16.4本章小結191
參考文獻192

第17章具有S-C及C-A時延的網絡化Lurie控制系統的事件觸發魯棒容錯控制194
17.1問題描述195
17.2主要結論199
17.3實例仿真204
17.4本章小結208
參考文獻208

第18章具有S-C及C-A時延的離散網絡控制系統事件觸發故障檢測210
18.1問題描述211
18.2主要結論213
18.3實例仿真220
18.4本章小結223
參考文獻223

第19章具有時延和受到周期DoS攻擊的網絡化Lurie控制系統事件觸發控制225
19.1問題描述226
19.2主要結論231
19.3實例仿真237
19.4本章小結238
參考文獻239