Nouvelle méthode d’estimation de l’état résilient pour le contrôle des processus dans les systèmes cyber-physiques

Nouvelle méthode d'estimation de l'état résilient pour le contrôle des processus dans les systèmes cyber-physiques

Les méthodes d’estimation de l’état résilient pour le contrôle des processus pourraient avoir de nombreuses applications, du contrôle des processus chimiques à la production et à la fabrication, et même les véhicules autonomes. Crédit : Shutterstock

Une nouvelle méthode de contrôle de processus développée par des chercheurs de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk utilise une structure mathématique spéciale pour estimer avec précision les variables de processus internes d’un système, même lorsque les capteurs externes sont endommagés.

Qu’il s’agisse de centrales nucléaires, d’équipements de surveillance des patients dans les hôpitaux ou de voitures autonomes, les intégrations de processus physiques avec des ordinateurs et le contrôle des processus, ou des systèmes cyber-physiques (CPS), sont partout. Cependant, l’application généralisée des CPS en fait également des cibles de choix pour les pirates informatiques. Une simple modification de la valeur d’un capteur peut faire des ravages. La vulnérabilité aux attaques malveillantes a créé le besoin de systèmes capables de résister à la corruption des capteurs tout en offrant un contrôle de processus sûr et efficace.

Dans une étude récente publiée dans Transactions IEEE sur le contrôle automatique, le professeur Yongsoon Eun de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk, et son collègue de Hyundai Motor Company, Yechan Jeong, ont développé une méthode d’estimation de l’état résilient (RSE) pour les systèmes qui sont attaqués. L’estimation de l’état fait référence à l’utilisation de variables externes, c’est-à-dire des lectures de capteurs, pour déterminer l’état interne du système à l’aide de modèles mathématiques appelés « observateurs ». Il s’agit d’une étape critique dans le contrôle des processus. Lorsque l’état interne d’un système peut être déterminé malgré la corruption des capteurs, on parle de RSE.

« Conduireiez-vous un véhicule autonome ou vivriez-vous à proximité d’une centrale électrique contrôlée par ordinateur si la sécurité et la sûreté n’étaient pas prises en compte dans leur conception ? L’importance de la résilience des systèmes de contrôle est reconnue depuis plus d’une décennie. » explique le professeur Eun.

Tous les systèmes de contrôle sont sujets à des variations ou à des « perturbations » dans le processus, ce qui provoque des erreurs dans l’estimation de l’état. Cependant, à mesure que la perturbation augmente, l’erreur augmente également, ce qui entraîne une rupture de la résilience du système. En utilisant une sorte d’observateur connu sous le nom d' »Observateur d’entrée inconnu (UIO) », la nouvelle méthode RSE surmonte cette limitation et fournit un moyen d’estimation de l’état qui peut résister à la fois aux attaques malveillantes et aux perturbations externes.

Dans cette méthode, un UIO est conçu pour chaque capteur, les estimations de chaque UIO sont combinées et l’erreur est traitée pour fournir la vraie valeur de l’état interne du système. L’avantage d’utiliser un UIO est que son erreur d’estimation converge toujours vers zéro, quelles que soient les perturbations externes au processus. Ceci est différent des autres observateurs, qui ne peuvent fournir qu’une plage d’erreur d’estimation. Une autre nouveauté de cette méthode est qu’elle déploie un « UIO à état partiel », une technique nouvellement développée par l’équipe du professeur Eun, par laquelle autant d’informations partielles que possible sur les états internes sont extraites de chaque capteur lorsque l’extraction d’informations complètes sur l’état n’est pas possible. Cela étend considérablement l’applicabilité de la nouvelle méthode RSE basée sur UIO.

« La méthode proposée donne à un système un niveau de tolérance aux pannes et aux attaques et, dans les cas où cela est inévitable, permet une dégradation progressive de la fonctionnalité du système. Cela la rend cruciale pour la conception de CPS », conclut le professeur Eun.


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Plus d’information:
Yechan Jeong et al, Une estimation d’état robuste et résiliente pour les systèmes linéaires, Transactions IEEE sur le contrôle automatique (2021). DOI : 10.1109 / TAC.2021.3088780

Fourni par Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)

Citation: Nouvelle méthode d’estimation de l’état résilient pour le contrôle des processus dans les systèmes cyber-physiques (2021, 20 août) récupéré le 20 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-resilient-state-method-cyber-physical.html

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