CSR: Small: Provably Correct Design of Observation for Fault Diagnosis and State Estimation under Privacy and Network Constraints

CSR:小:隐私和网络约束下可证明正确的故障诊断和状态估计观测设计

基本信息

  • 批准号:
    1618369
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-10-01 至 2021-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Information is key in the operation of cyber-physical systems. Consider, for example, the task of designing a monitoring system that can detect faults during the operation of a safety critical cyber-physical system, such as the power grid. To do so, the monitor needs to collect enough information from the cyber-physical system that can distinguish potential faulty operation from normal operation. On the other hand, practicality and privacy limit the amount of information that can be collected. For example, the number of sensors that can be deployed may be limited. Or, the system owner may not wish to share certain information. This project addresses the issue of determining how information can be extracted from the operation of a cyber-physical system to enable fault detection and control, while respecting limitations such as privacy.This work will address a number of fundamental research questions. Q1: Can the right inference be made using the available information, for the purposes of fault diagnosis and state estimation? Q2: What state measurement or observation can be made available to facilitate the answer to Q1 without violating privacy constraints? Q3: When the information is transmitted through a non-ideal communication network, resulting in transmission delay or limited bandwidth, how does it affect Q1 and Q2? This project will develop a framework that provides provably correct answers to all of the questions above. Provable correctness is derived from a model-based approach. The questions are cast in this framework, and obtain provably correct design procedures for state measurement (including software defined sensors and online monitors), state estimation, and fault detection and isolation. The theoretical outcomes from this project will be evaluated and implemented on a number of applications/testbeds, including a smart building testbed, power system networks, and biological signaling networks. Successful outcomes from this project may impact the design and operation of complex cyber-physical systems where distributed sensing, state estimation, and fault detection are used. The evaluation and implementation activities in this project will elucidate more concrete ways the theoretical results can be applied to such systems.
信息是网络物理系统运行的关键。例如,考虑设计监视系统的任务,该系统可以在安全关键网络物理系统(例如电网)操作过程中检测故障。为此,监视器需要从网络物理系统中收集足够的信息,这些信息可以将潜在的错误操作与正常操作区分开。另一方面,实用性和隐私限制了可以收集的信息量。例如,可以部署的传感器数量可能受到限制。或者,系统所有者可能不希望共享某些信息。该项目解决了确定如何从网络物理系统操作中提取信息以实现故障检测和控制的问题,同时尊重诸如隐私等限制。这项工作将解决许多基本的研究问题。问题1:出于故障诊断和状态估计的目的,可以使用可用信息做出正确的推断吗?问题2:可以提供哪些州测量或观察,以促进Q1的答案而无需违反隐私限制? Q3:当信息通过非理想通信网络传输,导致传输延迟或有限的带宽时,它如何影响Q1和Q2?该项目将开发一个框架,为上述所有问题提供可证明正确的答案。可证明的正确性来自基于模型的方法。这些问题是在此框架中提出的,并获得了状态测量的正确设计程序(包括软件定义的传感器和在线监视器),状态估计以及故障检测和隔离。该项目的理论结果将在许多应用程序/测试床上进行评估和实施,包括智能建筑测试台,电源系统网络和生物信号网络。该项目的成功结果可能会影响复杂的网络物理系统的设计和操作,其中使用分布式感应,状态估计和故障检测。该项目中的评估和实施活动将阐明可以将理论结果应用于此类系统的更具体的方式。

项目成果

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