信息网络环境下Markovian跳变系统安全运行控制方法研究
批准号:
62103011
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨宏燕
依托单位:
学科分类:
控制理论与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨宏燕
中文摘要
信息物理系统(CPS)是支撑新工业革命的综合技术体系,其安全问题成为制约工业发展的主要瓶颈。现有针对CPS安全问题的研究多关注物理过程为线性定常系统,而在实际工业过程中,被控物理过程往往是变结构随机系统。信息网络环境下的Markovian跳变系统(MJS)作为一类典型的变结构随机CPS,其安全运行控制问题迫切需要深入探索。因此,本项目围绕此问题,针对影响CPS安全运行的关键因素-网络攻击和部件故障,展开故障重构与容错控制、及安全估计与弹性控制方法研究,拟关注解决以下两方面问题:(1)网络诱导时延下MJS故障重构与容错控制;(2)恶意网络攻击下MJS的安全估计与弹性控制。并结合所提出的理论进行半实物平台试验,验证其可行性及有效性。最终获得关于信息网络环境下MJS较为完整的安全稳定运行理论成果,形成具有创新性的研究方法,丰富研究手段,提高MJS在工程实践中的应用能力。
英文摘要
Cyber-physical system (CPS) is a comprehensive technical system supporting the new industrial revolution, and the security issue of which has become the main bottleneck restricting industrial development. The existing research work mostly focuses on CPSs where the physical processes are linear and time-invariant. However, in actual industrial processes, the controlled physical processes are usually stochastic variable structure systems. Markovian Jump Systems (MJSs) under the information network environment are considered to be a typical stochastic variable structure CPSs, the safe operation control issues of which urgently require to be explored in depth. Therefore, this project will conduct research on the security operation control of MJSs under the information network environment. With the key factors, cyber-attacks and component failures, affecting the safe operation of CPS taken into consideration, we will conduct the research of fault reconstruction and fault tolerance control, as well as secure estimation and resilient control of CPSs, and intend to solve the following two problems: (1) Fault reconstruction and fault tolerant control of MJSs under network induced delays; (2) Secure estimation and resilient control of MJSs under malicious cyber-attacks. Then, semi-physical platform tests will be conducted to verify the feasibility and effectiveness of the proposed theories. The purposes of this project lie in deriving relatively complete theoretical results of safe and stable operation of MJSs in information network environment, forming innovative research methods, enriching research methods, and improving the application ability of MJSs in engineering practice.
信息物理系统(CPS)是支撑新工业革命的综合技术体系,其安全问题成为制约工业发展的主要瓶颈。现有针对CPS安全问题的研究多关注物理过程为线性定常系统,而在实际工业过程中,被控物理过程往往是变结构随机系统。信息网络环境下的Markovian跳变系统(MJS)作为一类典型的变结构随机CPS,其安全运行控制问题迫切需要深入探索。因此,项目围绕此问题,针对影响CPS安全运行的关键因素-网络攻击和部件故障,展开故障重构与容错控制、及安全估计与弹性控制方法研究,研究内容及结论包括:1) 研究基于多核主成分分析和多时频图融合的故障特征提取方法,实现了异常工况特征的准确提取;2) 研究异常工况的准确识别和预测方法,建立基于模糊神经网络的自组织循环结构识别模型,实现了异常工况的高精度识别;3) 研究基于降维观测器的安全估计方法,在传感器攻击和执行器攻击下,实现了信息物理系统的安全估计;4) 研究基于自触发机制的资源感知容错控制方法,在执行器故障与传感器故障下保证了闭环马尔可夫跳变系统的随机稳定性;5) 研究基于改进滑模控制策略的弹性控制方法,在时变执行器虚假数据注入攻击和时变传感器虚假数据注入攻击下,实现了马尔可夫跳变系统的自适应弹性控制。最终获得关于信息网络环境下MJS较为完整的安全稳定运行理论成果,形成了具有创新性的研究方法,丰富了研究手段,提高了MJS在工程实践中的应用能力。执行期间,项目负责人获2022中国自动化学会科技进步一等奖、2023 IEEE 12th Data Driven Control and Learning Systems最佳张贴会议论文奖、2022 International Conference on Information, Cybernetics, and Computational Social Systems最佳会议论文奖等3项奖励,入选2024年斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单,成为IEEE Senior Member。研究成果获得授权中国发明专利4项、计算机软件著作权1项,发表论文13篇(SCI收录10篇),参加学术会议交流4次;培养硕士毕业生1名,辅助培养博士3名、硕士1名。
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