Diseño y simulación de controladores multivariables para el sistema de los cuatro tanques de Johansson y estudio del comportamiento del sistema en lazo cerrado a ataques Ciber-Físicos
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2018-06-07
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Descripción
Este trabajo presenta el diseño y simulación de tres estrategias de control multivariable para el sistema cuádruple de tanques, que posteriormente fue sometido, por medio de simulación, a un conjunto de ataques ciber-físicos, con el fin de conocer su posible comportamiento bajo estas condiciones. El problema se aborda a partir del estudio del comportamiento dinámico del sistema multivariable, el cual, dada la configuración física de las válvulas que integran la estructura, se puede encontrar en configuración de fase mínima o fase no mínima. Este análisis sirvió como herramienta para desarrollar los controladores multivariables, donde, uno de los principales objetivos, consistió en disminuir el grado de interacción cruzada que se origina entre las variables de la planta; los resultados del sistema gobernado son presentados. A continuación, con el propósito de simular el sistema cuádruple como un sistema ciber-físico, un entorno de red inalámbrica fue propuesto, en el que, las señales de control y las señales medidas del sistema, son transmitidas bajo ciertas características intrínsecas de este tipo de comunicación; los efectos producidos en las salidas del sistema son expuestos. Por último, a partir de los modelos de ataques ciber-físicos existentes en la literatura, se presentan algunas respuestas que se producen en el sistema multivariable cuando es atacado por adversarios ciber-físicos.
Resumen
This work presents the design and simulation of three multivariable control strategies for the quadruple tank system, which was subjected subsequently, by means of simulation, to a set of cyber-physical attacks with the aim of learning the possible system’s behavior under these conditions. The problem is tackled based on the study of the multivariable system’s dynamic, which, given a physical configuration in the valves that integrate the structure, it can be found in minimum phase or non-minimum phase configuration. This analysis was useful as a tool to develop the multivariable controllers, where, one of the main objectives was to decrease the grade of cross interaction originated among the plant’s variables; the results of the governed system are presented. With the aim of simulating a cyber-physical system, a wireless network environment was proposed, in which the control and output signals a are transmitted under certain intrinsic characteristics of this type of communication; the produced effects in the system are shown. Finally, from the cyber-physical attacks models introduced in the literature, some results that arise in the multivariable system, when it is attacked by cyber-physical adversaries, are presented.
Palabras clave
Sistemas multivariables, Control multivariable, Sistemas Ciber-Físicos, Comunicación inalámbrica, Ataques Ciber-Físicos