信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)是信息空间与物理空间深度融合与协同设计的大型复杂系统,由于具有不同于传统控制系统的高度集成以及高度网络化的特点,CPS在各重大领域取得了广泛应用。网络层的开放共享给CPS的实际应用带来更高效率的同时,也加大了CPS所面临的风险。这些潜在风险中,网络攻击凭借较大的破坏力,成为了CPS需要解决的首要安全问题。其中,拒绝服务(Denial-of-Service,DoS)攻击是最破坏力最大,也是最易实现的网络攻击类型,可以通过占用通信信道的网络资源来造成系统对正常数据收发请求的拒绝。本文从控制角度出发,对DoS攻击下CPS的安全控制问题进行研究,具体内容如下:首先,综合考虑CPS丢包因素的多样性,假设丢包总数演化的概率特征具有上限,并分别分析了满足此约束条件的固有丢包马尔可夫过程和DoS攻击马尔可夫过程,在此基础上给出了两种丢包因素的相互独立描述。为了节约CPS网络层带宽资源,引入了事件触发机制,并研究了具有马尔可夫丢包过程的CPS在事件触发控制率作用下的渐近稳定性。根据所得到的稳定性条件,给出了状态反馈控制器的计算方法。通过仿真算例验证了所提方法既能节省网络资源又能保证系统稳定。其次,进一步考虑DoS攻击在攻击通道选择上的多样性。一方面,攻击者可能在输出通道或反馈通道进行攻击,从而,将受攻击的CPS建模为包含三类情况的切换系统;另一方面,DoS攻击为随机且连续的,可以在三类子系统的基础上将受攻击的CPS建模为一个嵌套切换系统,此切换系统的子系统数量是动态可变的。针对受DoS攻击影响而实时变化的不确定切换系统,控制器将在DoS攻击期间持续计算一系列控制量,并在数据可传输时刻一并发出,用来补偿设备端丢失的信息。然后,给出了CPS的指数稳定条件,并设计了满足条件的动态输出反馈控制器。通过一个网络化倒立摆模型验证了所提方法的有效性。最后,从更加实际的情况出发,研究了具有智能化特点的DoS攻击对CPS的影响,并进行了安全控制方法的跨层设计。所谓智能化DoS攻击,即攻击者会考虑能量约束下的攻击成本,并选择对自身最有利的策略。为此,分析了博弈过程中攻防双方的最优策略,得到了此策略对下CPS网络层的最佳数据包传输率。分析物理层的指数稳定,根据所得到的CPS指数稳定条件,提出了滑模控制方法。实例仿真验证了所设计的博弈策略与控制方法能保证CPS的稳定性与安全性。