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dc.contributor.advisor Eun, Yong Soon -
dc.contributor.author Seo, Dong Min -
dc.date.accessioned 2017-05-10T08:53:39Z -
dc.date.available 2017-01-18T00:00:00Z -
dc.date.issued 2017 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002326970 en_US
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/1501 -
dc.description.abstract Resiliency of control systems means characteristics that a system operates well under malicious attacks on instrumentation. In this thesis, we propose Unknown Input Observer (UIO) based resilient control system design method for the case of simultaneous attacks on sensors and actuators.
We use an observer based Resilient State Estimation (RSE) method for protecting from sensor attack. Limitation of existing RSE method is that state estimation error is affected by disturbance and actuator attack. In order to supplement the drawback, we propose the UIO based RSE method. Proposed method provides superior state estimation performance regardless of the effect of disturbance and actuator attack. In addition, we suggest an algorithm that would be able to diagnose which sensors are attacked or broken.
In order to protect the system from actuator attack, we propose a method that would be able to estimate and reject the effect of actuator attack. Proposed method exploits UIO based RSE method. The proposed method provides a level of resiliency to the control system when disturbance and attack are slow varying.
Simulation and experiment are implemented on the magnetic levitation system platform so as to validate the effectiveness of proposed method. In addition, we compare the performance between existing method and proposed method. ⓒ 2017 DGIST
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dc.description.tableofcontents 1 Introduction 1 --
1.1 Significance of Resilient Control Systems 2 --
1.2 Motivation 2 --
1.3 Thesis Outline 4 --
2 Unknown Input Observer Based Resilient Control System Design 5 --
2.1 Problem Formulation 6 --
2.2 Unknown Input Observer Based Resilient State Estimation Method 11 --
2.2.1 Limitation of the Existing Resilient State Estimation Method 11 --
2.2.2 Unknown Input Observer Based Resilient State Estimation Method Design 16 --
2.2.2.1 Unknown Input Observer Design 17 --
2.2.2.2 Median Operator 22 --
2.2.3 Analysis of State Estimation Error of Proposed RSE Method 23 --
2.2.4 Diagnosis Method of the System under Sensor Attack and Fault 37 --
2.3 Defense Approach Against Actuator Attack 40 --
3 Validation with Magnetic Levitation Platform 43 --
3.1 Modeling 44 --
3.2 Design of Resilient Control System Design 46 --
3.2.1 Existing Resilient State Estimation Method Using Median Operation 46 --
3.2.2 Proposed Resilient Control System Design 47 --
3.3 Scenarios 50 --
3.3.1 Scenario 1 50 --
3.3.2 Scenario 2 51 --
3.3.3 Scenario 3 51 --
3.4 Simulation Results 51 --
3.4.1 Simulation Results of Scenario 1 51 --
3.4.2 Simulation Results of Scenario 2 58 --
3.4.3 Simulation Results of Scenario 3 62 --
3.5 Experiment Results 67 --
3.5.1 Experiment Results of Scenario 1 67 --
3.5.2 Experiment Results of Scenario 2 71 --
3.5.3 Experiment Results of Scenario 3 78 --
4 Conclusion 83 --
A MATLAB Code For Numerical Simulation 85 --
Bibliography 97 --
국문초록 99
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dc.format.extent 99 -
dc.language eng -
dc.publisher DGIST -
dc.subject Resiliency of Control Systems -
dc.subject Sensor Attack -
dc.subject Actuator Attack -
dc.subject Resilient State Estimation -
dc.subject Unknown Input Observer -
dc.subject 제어시스템의 복원성 -
dc.subject 센서 공격 -
dc.subject 액추에이터 공격 -
dc.subject 복원성을 확보한 상태추정 -
dc.subject 미지의 입력 관측기 -
dc.title Unknown Input Observer Based Resilient Control System Design -
dc.title.alternative 미지의 입력 관측기 기반의 복원성이 있는 제어 시스템 설계 -
dc.type Thesis -
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2326970 -
dc.description.alternativeAbstract 제어시스템의 복원성은 시스템에 악의적인 공격이 가해지는 경우에도 원활히 동작할 수 있도록 하는 특성이다. 본 논문에서 센서와 액추에이터가 동시에 공격이 가해지는 상황을 고려하였다. 악의적인 공격하에도 제어시스템의 복원성 (Resiliency of Control Systems)을 높일 수 있는 제어기법을 제안하였다. 센서공격과 액추에이터 공격에 대응하기 위해서는 각각의 공격에 대한 대응 기법이 필요하다.
본 논문에서는 센서 공격 대응기법으로 복원성을 확보한 상태추정기법 (Resilient State Estimation Method)을 사용하였다. 기존의 상태추정기법을 본 논문에서 제안하는 상황에서 사용하는 경우, 액추에이터 공격으로 인해 상태추정오차가 발생하게 된다. 이러한 단점을 보완하는 미지의 입력 관측기 (Unknown Input Observer) 기반의 상태추정기법을 제안하였다. 미지의 입력 관측기를 사용하는 경우, 외란 및 액추에이터 공격으로부터 발생하는 영향에 대해서 추정오차가 발생하지 않게 된다. 이 외에도 센서에 공격이 가해지거나 고장이 나는 경우, 공격의 유무를 판별하거나 공격받거나 고장 난 센서를 검출할 수 있는 알고리즘을 제안하였다.
액추에이터 공격 대응기법으로 미지의 입력 관측기 기반의 상태추정기법을 사용해서 외란 및 액추에이터 공격에 대한 영향을 추정하고 보상해주는 방법을 제안하였다. 이 방법은 외란 및 액추에이터 공격의 저주파 영역에 한해서 추정 및 보상이 가능하다. 시뮬레이션과 실험을 통해 본 논문에서 제안하는 상황을 구현하였고, 제안하는 제어기법을 설계하고 기존의 방법과 비교를 통해 성능을 검증하였다. ⓒ 2017 DGIST
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dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Shim, Hyung Bo -
dc.date.awarded 2017. 2 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.date.accepted 2017-01-18 -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Seo, Dong Min -
dc.contributor.affiliatedAuthor Eun, Yong Soon -
dc.contributor.alternativeName 서동민 -
dc.contributor.alternativeName 은용순 -
dc.contributor.alternativeName 심형보 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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