20 آگوست 2021، توسط موسسه علم و فناوری Daegu Gyeongbuk (DGIST)
روش‌های برآورد حالت مقاوم برای کنترل فرآیند می‌تواند کاربردهای وسیعی داشته باشد، از کنترل فرآیند شیمیایی گرفته تا تولید و تولید و حتی وسایل نقلیه خودران.
یک روش کنترل فرایند جدید که توسط محققان موسسه علم و فناوری Daegu Gyeongbuk توسعه یافته است از یک ساختار ریاضی ویژه برای برآورد دقیق متغیرهای فرایند داخلی یک سیستم استفاده می‌کند، حتی زمانی که حسگرهای خارجی آسیب ببینند.
نیروگاه‌های هسته‌ای، تجهیزات نظارت بر بیمار در بیمارستان‌ها یا خودروهای خودران-ادغام فرایندهای فیزیکی با رایانه و کنترل فرایند یا سیستم‌های فیزیکی سایبری (CPS) در همه جا وجود دارد. با این حال، استفاده گسترده از CPS همچنین آن‌ها را به اهداف اصلی هکرها تبدیل می‌کند. یک تغییر ساده در مقدار سنسور می‌تواند ویرانی ایجاد کند. آسیب پذیری در برابر حملات مخرب نیاز به سیستم‌هایی را ایجاد کرده است که بتوانند در برابر خرابی سنسورها مقاومت کنند و همچنان کنترل فرایند ایمن و کارآمد را ارائه دهند.
در مطالعه اخیر منتشر شده در IEEE Transactions on Automatic Control، پروفسور Yongsoon Eun از موسسه علم و فناوری Daegu Gyeongbuk و همکارش از Hyundai Motor Company ، Yechan Jeong ، روشی برای برآورد حالت مقاوم (RSE) برای سیستم‌هایی که تحت حمله ایجاد کرده اند. برآورد حالت، به استفاده از متغیرهای خارجی، یعنی قرائت سنسور، برای تعیین وضعیت داخلی سیستم با استفاده از مدل‌های ریاضی موسوم به ناظران اشاره دارد. این یک مرحله مهم در کنترل فرآیند است. وقتی می‌توان وضعیت داخلی یک سیستم را با وجود خرابی سنسورها تعیین کرد، RSE نامیده می‌شود. این پروفسور توضیح می‌دهد:
اگر ایمنی و امنیت در طراحی آن‌ها در نظر گرفته نشده باشد، آیا شما می‌خواهید به وسیله نقلیه خودران سوار شوید یا در نزدیکی نیروگاه تحت کنترل کامپیوتر زندگی کنید؟ اهمیت تاب آوری در سیستم‌های کنترل بیش از یک دهه است که به رسمیت شناخته شده است.
همه سیستم‌های کنترل در معرض تغییرات یا اختلالات در فرآیند هستند که باعث ایجاد خطا در برآورد حالت می‌شود. با این حال، با افزایش اختلال، خطا نیز افزایش می‌یابد و منجر به خرابی قابلیت ارتجاعی سیستم می‌شود. روش جدید RSE با استفاده از نوعی ناظر معروف به «ورودی ناشناس (UIO)» این محدودیت را برطرف کرده و راهی برای برآورد حالت ارائه می‌دهد که می‌تواند هم در برابر حملات مخرب و هم در برابر آشفتگی‌های خارجی مقاومت کند.
در این روش، UIO برای هر سنسور طراحی شده است، برآورد هر UIO ترکیب شده و خطا پردازش می‌شود تا مقدار واقعی وضعیت داخلی سیستم را ارائه دهد. مزیت استفاده از UIO این است که خطای برآورد آن، بدون در نظر گرفتن اختلالات خارجی فرایند، همیشه به صفر می‌رسد. این برخلاف عمل سایر ناظران است، که فقط می‌توانند محدوده‌ای برای خطای تخمین ارائه دهند. تازگی دیگر این روش این است که «UIO حالت جزئی» را به کار می‌گیرد، تکنیکی که به تازگی توسط تیم پروفسور یون توسعه داده شده است، که در آن زمانی که امکان استخراج کامل اطلاعات از حالت کامل امکان پذیر نیست، تا آن‌جا که ممکن است اطلاعات جزئی در مورد حالات داخلی از هر سنسور استخراج می‌شود. این امر کاربرد روش جدید RSE بر اساس UIO را تا حد زیادی گسترش می‌دهد.
پروفسور یون نتیجه می‌گیرد: «روش پیشنهادی، به یک سیستم توانایی تحمل خطاها و حملات را می‌بخشد و در مواردی که اجتناب ناپذیر است، باعث تخریب مناسب عملکرد سیستم می‌شود. این امر در طراحی CPS بسیار مهم است.»
