基于可能性混成自动机的CPS建模方法

针对环境中存在的不确定性因素对信息物理融合系统的影响,提出一种可能性混成自动机的信息物理融合系统建模方法。该方法以可能性混成自动机为建模工具,通过分析信息物理融合系统的体系结构,讨论衡量不确定性的可能性对信息物理融合系统软件运行时的动态影响。以汽车速度智能控制系统为例,说明该方法的有效性。     

面向信息物理融合系统的异构模型转换方法

作为一种深度网络化嵌入式系统,信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)具有联合动态性、系统组成异质性、计算过程与物理过程的多尺度融合性等典型特征,使得基于单一模型的传统嵌入式系统模型构建和仿真验证方法面临新的挑战.在CPS系统设计开发与仿真验证时,往往需要组合使用多种设计模型或建模语言以描述信息域与物理域实体特点.针对CPS计算物理深度融合的问题,在分析基于计算模型和物理模型进行CPS系统协同开发需求和可行性的基础上,以统一建模语言(Unified Modeling Language,UML)模型和仿真(Simulink)模型分别作为计算过程和物理过程典型建模方式,研究了连续时间和离散事件模型间的结构映射和行为映射,提出了一种Simulink模型与UML类图和活动图之间的转换方法,并通过ATL(ATLAS Transformation Language)转换规则实现了技术验证.     

乘积合成离散事件系统监督控制器的存在性

离散事件系统是事件驱动的动态系统,有限自动机是其主要建模形式。对于离散事件系统的乘积合成方式,根据不同的控制需求,以定理的形式用两种方法给出两个系统乘积自动机的监督控制器存在的条件,从而为实现复杂系统监督控制提供理论依据,为离散事件系统的监督控制理论的应用开拓新的途径。     

信息物理融合系统语义模型分析

针对信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems,CPS)需要提供合理的语义规范来保证信息和物理两个不同世界的同步,提出了CPS系统的语义模型方案,引入了(WoT)物维网框架,分析和介绍了物维网的框架结构特点.在此基础上提出了基于物维网框架的CPS系统架构,结合语义模型方案在分析系统需要解决的语义问题时分别给出相应的思路加以阐述,为进一步解决CPS系统语义模型问题提供了参考.     

模糊离散事件系统的性质

有效地刻画一个系统动态变化和状态的不确定性,作为经典离散事件系统的推广,模糊离散事件系统最近被提出并研究。该文用自动机和形式语言的方法研究了由自动机建模的模糊离散事件系统的一些性质,并给出乘积合成系统监督控制器的存在性条件,这些都是离散事件系统对应性质的推广。     

基于人工智能的CPS系统架构研究

随着计算机技术、通信技术、传感器技术和自动化控制技术的日益成熟,信息物理融合系统开始在世界范围内出现。基于人工智能构建CPS系统,将信息物理融合系统拟人化,设计应用智能体实现人工神经元功能,云计算实现对应神经元的大脑反射区,多智能体通过总线广泛相连使得系统活灵活现。将基于人工智能产生式CPS系统架构应用到智能建筑环境测控系统中,这在将来智能建筑的发展中是必不可少的,符合未来智能建筑产业精神,也是本文研究意义所在。     

海洋勘测水下无人航行器的自主控制技术研究

针对水下无人航行器的海洋勘测任务,提出了一种基于多智能体(MAS)的自主控制技术.自主控制结构采用分布式的智能体结构,智能体之间通过通信和协作来共同完成复杂的整体操作.海洋勘测使命要求航行器在动态不确定的环境中,利用不同的勘测传感器进行多个局部区域的勘测.引入基于多属性路径点的使命描述方法,方便使命描述和控制.使命控制过程采用离散事件驱动的Petri网形式建模.针对事件管理过程中并发事件缺乏中央控制的问题,离散事件被赋予优先级以消除冲突.通过湖海试验验证了所提自主控制技术的可行性和有效性.     

事件驱动的卫星编队姿态分布式协同控制

星间信息交互是卫星编队姿态协同控制的基础.为降低姿态协同控制对星间交互的信息量,满足资源和通信带宽受限等约束,在卫星编队Euler-Lagrange姿态动力学模型的框架内,提出了一种基于事件驱动的相对姿态分布式自适应控制算法.通过设计含有星间状态偏差、关联矩阵等的事件驱动函数,当该函数值满足条件时触发事件、更新数据,在非触发时间内利用触发时刻的信息设计控制算法,从而将卫星编队姿态一致性协同控制转化为事件驱动控制问题,有效降低了控制输入更新频次及星间信息交互量.基于Lyapunov理论证明了在事件驱动自适应控制器作用下,领航者—跟随者卫星编队系统是全局渐近稳定的.并证明了事件触发时间序列不会产生Zeno现象,即事件触发间隔时间存在下界.进行数值仿真验证事件驱动自适应控制算法的有效性,并将其与传统自适应控制算法相比较,仿真结果表明,所设计的控制算法在保证闭环系统控制性能的前提下,显著降低了控制输入更新频次和星间交互信息量,满足星上能量和星间通信能力等约束.     

模糊离散事件系统基于模式的故障诊断

以模糊自动机为模型,研究模糊离散事件系统基于模式的故障诊断问题.先针对S类型和T类型两种故障模式,分别对模糊离散事件系统的S类型模式可诊断性和T类型模式可诊断性进行了形式化,再通过构造S类型模式诊断器和T类型模式诊断器,分别得到了模糊离散事件系统关于S类型模式可诊断性和T类型模式可诊断性的充分必要条件,实现了模糊离散事件系统基于模式的故障诊断.     

随机离散事件系统的故障预测

针对随机系统模型,提出一种随机离散事件系统的故障预测方法. 先对随机离散事件系统的故障可预测性进行形式化,再通过引入概率转移矩阵构建一个故障预测器自动机,得到关于随机离散事件系统的故障可预测性的充分必要条件. 由此,在故障预测器的基础上,通过计算其扩展马尔可夫矩阵,可判定随机离散事件系统是否具有故障可预测性,从而实现对故障事件在其发生之前的准确预测.     

制造物联网生产过程工序流波动分析方法研究

制造物联网通过部署大规模传感器节点获取工业生产过程实时状态数据流,利用复杂事件处理方法对生产过程监测产生的大规模数据流进行实时智能分析处理非常有必要,而其中工序流稳定性判断是生产部门关心的重要问题.然而,制造物联网传感器数据流大量存在的固有误差,给工序流稳定性判断带来较大困难.针对该问题,本文定义了概率事件模型并采用一种基于带缓冲的不确定性有穷自动机（NFA with run buffer,rNFA）的概率事件检测方法,提出结合游程检验和灰色系统模型以及bootstrap经验预测的方法对工序流的稳定性做出定量校验.实验结果表明,所提出的方法能够有效检测概率工序流中的生产全局状态,从而在不确定工序流找出较稳定而均衡的工序,给生产线提供改进方向.     

虚假数据注入攻击下基于扩张观测器的滑模控制研究

针对虚假数据注入(FDI)攻击下的信息物理系统(CPS),研究了一种基于滑模和扩张观测器的控制方法.首先对系统进行动态线性化,构造了扩张观测器并对观测误差的收敛条件进行了分析.其次,设计了积分滑模面,通过线性矩阵不等式的形式导出滑动模态系统的渐近稳定判据,求出了系统满足L₂ 增益性能的滑模向量.接着,基于指数趋近律,提出了用来消除量化误差和广义干扰的自适应积分滑模控制器,以使系统能到达滑模面.该方法估计精度高、响应速度快,对FDI攻击和量化参数失配具有较强的鲁棒性.最后,数值仿真验证了该方法的有效性.     

面向CPS的节点文件系统

针对信息物理融合系统(CPS)的时间关键性和节点二级存储的必要性,在深入研究闪存文件系统和传感节点存储系统的基础上,提出一种级联日志策略和虚拟扇区映射技术相结合的方法来保证数据操作的可预测性,并优化文件架构和数据操作来提高文件系统效率. 仿真测试表明,系统的顺序输入/输出(I/O)性能与随机I/O性能稳定,且代码映像较小,便于部署在存储资源有限的节点系统上.     

一类混合系统的建模问题

针对一类具有多个子系统相互作用的混合动态系统,建立了每个子系统的混合输入输出自动机模型,并给出了混合输入输出自动机的运算规则．运用模块化的建模思想,根据子系统之间逻辑和物理上的联系,通过单个模型的输入输出接口,将混合输入输出自动机按照运算规则进行综合,从而建立整个混合系统的混合输入输出自动机模型．通过实例说明了建模方法的运用过程．     

电力信息物理系统建模与控制研究综述

基于现有电力信息物理系统的最新研究,总结归纳了基本架构,并根据技术特性对其进行分类。介绍了最新的电力信息物理系统建模与控制的研究方法,分析了各环节的建模和控制方法,并对电力信息物理系统的建模与控制研究进行了展望。     

基于移动代理的分布式入侵检测系统模型研究

针对目前分布式入侵检测系统存在的一些问题,利用移动代理(MA)技术的优势,提出了一种基于MA的分布式入侵检测系统框架模型.此模型使用这一技术,从每个被监视主机处协调处理信息,之后完成入侵行为的总体信息汇总.详述了实现原型系统的关键技术及解决方案,并对系统作了简要评价,得出结论.     

Dynamic Surface Backstepping Global Sliding Mode Control for CPS Based on NDO

Based on dynamic surface control and the nonlinear disturbance observer technique,it proposes a nonlinear adaptive backstepping global sliding mode control system for a typical cyber physical system( CPS)with aerodynamic coefficients and external disturbance uncertainties. The dynamic surface control technique can provide the capability which can solve the problem of "explosion of complexity"in backstepping sliding mode controllers. The nonlinear disturbance observers are employed to observe the arbitrary model uncertainties of nonlinear flight dynamic system. The global sliding mode control method is used to improve the response rate and the precision of the tracking. The simulation results show the effectiveness of the proposed control system.     

现代温室温度混杂系统的建模

为了解决中国温室系统输入输出变量连续而环境控制设备动作离散的建模问题,通过将室外环境因子作为系统的连续输入量,天窗的开启和关闭状态作为离散变量,室内温度作为连续输出量,建立了温室混杂自动机的模型.首先采用有外源输入的自回归滑动平均模型描述每个子系统,其次,采用统计假设检验法与模型机理相结合的方法确定模型结构,然后,采用递推增广最小二乘法辨识模型参数,智能级监督模型参数的收敛性,最后,依据有限状态自动机的基本模型建立温度混杂自动机.采用实测数据进行仿真,该温度混杂自动机模型的拟合度可达90%以上,混杂系统控制的最大预测误差为2.8℃,能较好地预测温室温度系统的动态特性.