Tecnologia Científica

Novo método de estimativa de estado resiliente para controle de processo em sistemas ciber-físicos
A vulnerabilidade a ataques maliciosos criou a necessidade de sistemas que possam resistir à corrupção de sensores e ainda fornecer controle de processo seguro e eficiente.
Por Instituto Daegu Gyeongbuk de Ciência e Tecnologia (DGIST) - 20/08/2021


Métodos de estimativa de estado resiliente para controle de processo podem ter uma ampla variedade de aplicações, desde controle de processo químico até produção e manufatura, e até mesmo veículos autônomos. Crédito: Shutterstock

Um novo método de controle de processo desenvolvido por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk usa uma estrutura matemática especial para estimar com precisão as variáveis ​​de processo interno de um sistema, mesmo quando os sensores externos estão danificados.

Seja usinas nucleares , equipamentos de monitoramento de pacientes em hospitais ou carros autônomos - integrações de processos físicos com computadores e controle de processos ou sistemas ciberfísicos (CPS) estão em toda parte. No entanto, a ampla aplicação do CPS também os torna os principais alvos dos hackers. Uma simples mudança no valor de um sensor pode criar confusão. A vulnerabilidade a ataques maliciosos criou a necessidade de sistemas que possam resistir à corrupção de sensores e ainda fornecer controle de processo seguro e eficiente.

Em um estudo recente publicado no IEEE Transactions on Automatic Control , o professor Yongsoon Eun do Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, e seu colega da Hyundai Motor Company, Yechan Jeong, desenvolveram um método para estimativa de estado resiliente (RSE) para sistemas que são sob ataque. A estimativa de estado refere-se ao uso de variáveis ​​externas, ou seja, leituras do sensor, para determinar o estado interno do sistema usando modelos matemáticos chamados "observadores". Esta é uma etapa crítica no controle do processo. Quando o estado interno de um sistema pode ser determinado apesar da corrupção dos sensores, isso é chamado de RSE.

"Você dirigiria um veículo autônomo ou moraria perto de uma usina de energia controlada por computador se a segurança e a proteção não fossem consideradas em seu projeto? A importância da resiliência nos sistemas de controle foi reconhecida por mais de uma década." explica o Prof. Eun.

Todos os sistemas de controle estão sujeitos a variações ou "distúrbios" no processo, que causam erros na estimativa de estado. No entanto, conforme a perturbação aumenta, o erro também aumenta, levando a uma falha na resiliência do sistema. Fazendo uso de um tipo de observador conhecido como "Observer de entrada desconhecida (UIO)", o novo método RSE supera essa limitação e fornece uma forma de estimativa de estado que pode resistir tanto a ataques maliciosos quanto a distúrbios externos.

Neste método, um UIO é projetado para cada sensor, as estimativas de cada UIO são combinadas e o erro é processado para fornecer o valor real do estado interno do sistema. O benefício de usar um UIO é que seu erro de estimativa sempre converge para zero, independentemente de perturbações externas ao processo. Isso é diferente de outros observadores, que só podem fornecer uma faixa para erro de estimativa. Outra novidade desse método é que ele implanta um 'UIO de estado parcial ", uma técnica desenvolvida recentemente pela equipe do Prof. Eun, pela qual o máximo possível de informações parciais sobre os estados internos é extraído de cada sensor quando a extração de informações de estado completo não é viável Isso expande muito a aplicabilidade do novo método RSE com base no UIO.

“O método proposto dá a um sistema um nível de tolerância a falhas e ataques e, nos casos em que é inevitável, permite a degradação harmoniosa da funcionalidade do sistema. Isso o torna crucial para o projeto do CPS”, conclui o Prof. Eun.

 

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