研究论文

基于STL的网络物理系统弹性控制方法

作者:

斯科特A。斯莫尔卡,

尼古拉保莱蒂、和

掸邦林作者信息和声明

HSCC’23：第26届ACM混合系统国际会议论文集：计算与控制

2023年5月

文章编号：2，页数1-12

https://doi.org/10.1145/3575870.3587119

出版:2023年5月9日出版历史

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摘要

我们提出了ResilienceC，这是一个根据基于STL的需求对网络物理系统进行弹性控制的框架。ResilientC利用最近开发的一种形式主义，以（rec，dur）实值对集的形式来指定CPS弹性，其中rec表示系统从属性违规中快速恢复的能力（可恢复性），dur反映了其在恢复后避免违规的能力（耐久性）。我们将弹性STL控制问题定义为一个多目标优化问题，其中所需STL规范的可恢复性和耐久性最大化。当两个目标都不优先于另一个目标时，问题的解决方案是一组帕累托最优系统轨迹。我们提出了一种弹性STL控制问题的精确求解方法，该方法使用混合整数线性规划编码和后验约束方法来有效地检索完整的弹性最优解集。在ResilienceC中，在每个时间步，通过决策者策略从Pareto-optimal解决方案集中选择的最优控制动作实现了一种形式的模型预测控制。我们在两个重要的案例研究中证明了弹性框架的实用性：自动车道保持和截止线驱动的多区域包裹交付。

工具书类

[1]

Derya Aksaray。2021.自治系统对持久性和安全规范的弹性满足。在AIAA科学技术2021论坛上。AIAA，虚拟会议，1124-1134。https://doi.org/10.2514/6.2021-1124

[2]

Ezio Bartocci、Jyotirmoy Deshmukh、Alexandre Donzé、Georgios Fainekos、Oded Maler、Dejan Ničković和Sriram Sankaranarayanan。2018.基于规范的网络物理系统监测：理论、工具和应用调查。运行时验证讲座：介绍性和高级主题10457（2018），135–175。https://doi.org/10.1007/978-3-319-75632-5_5

[3]

Calin Belta和Sadra Sadraddini。2019.控制合成的形式化方法：优化视角。《控制、机器人和自治系统年度回顾2》（2019年），第115–140页。https://doi.org/10.1146/annurev-control-053018-023717

[4]

Alberto Bemporad、Fabio Danilo Torrisi和Manfred Morari，2001年。间歇蒸发器过程基准的离散时间混合建模与验证，《欧洲控制杂志》7，4（2001），382–399。https://doi.org/10.3166/ejc.7.382-399

[5]

Jean-Baptiste Bouvier、Kathleen Xu和Melkior Ornik。2021.线性无漂移系统的定量弹性。控制及其应用会议记录。SIAM，SIAM，虚拟会议，32–39。https://doi.org/10.1137/1.9781611976847.5

[6]

陈洪凯，林珊，斯科特A。斯莫尔卡和尼古拉·保莱蒂。2022.基于STL的网络物理系统弹性公式。《第20届国际时间系统形式建模与分析会议论文集》（FORMATS’22）。波兰华沙施普林格，117-135。https://doi.org/10.1007/978-3-031-15839-1_7

数字图书馆

[7]

陈洪凯（Hongkai Chen）、尼古拉·保莱蒂（Nicola Paoletti）、斯科特·斯莫尔卡（Scott A Smolka）和单林（Shan Lin），2021年。MPC指导的人工胰腺贝叶斯神经网络策略的模拟学习。2021年，第60届IEEE决策与控制会议（CDC’21）。IEEE，德克萨斯州奥斯汀，美国，2525-2532。https://doi.org/10.109/CDC45484.2021.9683240

数字图书馆

[8]

Kyunghoon Cho和Songhwai Oh。2018.信号时序逻辑规范下基于学习的模型预测控制。2018年IEEE机器人与自动化国际会议（ICRA’18）。IEEE，昆士兰州布里斯班，澳大利亚，7322–7329。https://doi.org/10.109/ICRA.2018.8460811

数字图书馆

[9]

亚历山大·唐泽和奥德·马勒。2010.时间逻辑对实值信号的鲁棒满足。《时间系统形式建模与分析国际会议论文集》（FORMATS’10）。施普林格，克洛斯特内堡，奥地利，92-106。https://doi.org/10.1007/978-3642-15297-9_9

[10]

伊曼·哈吉、努申·梅迪波尔、埃齐奥·巴托西和卡林·贝尔塔。2019.通过平滑累积定量语义控制信号时序逻辑规范。2019年IEEE第58届决策与控制会议（CDC’19）。IEEE，法国尼斯，4361-4366。https://doi.org/10.109/CDC40024.2019.9029429

数字图书馆

[11]

马可·劳曼斯（Marco Laumanns）、洛塔尔·蒂勒（Lothar Thiele）和埃卡特·齐兹勒（Eckart Zitzler）。2006.基于ε约束方法的高效自适应元启发式参数变化方案。《欧洲运筹学杂志》169，3（2006），932-942。https://doi.org/10.1016/j.ejor.2004.08.029

[12]

尤金·劳勒和大卫·E·伍德。1966.分枝定界法：一项调查。运筹学14，4（1966），699–719。https://doi.org/10.1287/opere.14.4.699

数字图书馆

[13]

林振宇和约翰·巴拉斯。2020年。具有空间和时间公差的机器人代理基于优化的运动规划和运行时监控。IFAC论文在线53，2（2020），1874-1879。https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2020.12.2606

[14]

Lars Lindemann和Dimos V Dimarogonas。2019.使用离散平均空间鲁棒性对信号时序逻辑规范进行鲁棒控制。Automatica 101（2019），377–387。https://doi.org/10.1016/j.automatica.2018.12.022

数字图书馆

[15]

约翰·洛夫伯格（Johan Löfberg），2004年。YALMIP：MATLAB中建模和优化的工具箱。IEEE计算机辅助控制系统设计国际研讨会论文集（CACSD’04）。IEEE，台湾台北，284–289。https://doi.org/10.1109/CACSD.2004.1393890

[16]

奥德·马勒和德扬·尼科维奇。2004.监测连续信号的时间特性。《时间和容错系统的形式化技术、建模和分析程序》（FTRTFT'04）。法国格勒诺布尔施普林格，152-166。https://doi.org/10.1007/978-3-540-30206-3_12

[17]

萨拉·马塔（Sara Mata）、阿西尔·祖比扎雷塔（Asier Zubizarreta）和查尔斯·平托（Charles Pinto）。2019.用于横向路径跟踪的基于管道的鲁棒模型预测控制。IEEE智能车辆交易4，4（2019），569–577。https://doi.org/10.1109/TIV.2019.2938102

[18]

努辛·梅迪波尔（Noushin Mehdipour）。2021.动态系统满足时序逻辑规范的弹性。博士。论文。波士顿大学。https://open.bu.edu/handle/2144/41871

[19]

Usama Mehmood、Shouvik Roy、Radu Grosu、Scott A Smolka、Scott D Stoller和Ashish Tiwari，2020年。神经植绒：植绒控制器的基于MPC的监督学习。软件科学和计算结构基础。FoSSaCS 2020。计算机科学课堂讲稿12077（2020），1-16。https://doi.org/10.1007/978-3-030-45231-5_1

数字图书馆

[20]

Amanda Prorok、Matthew Malencia、Luca Carlone、Gaurav S Sukhatme、Brian M Sadler和Vijay Kumar。2021.超越鲁棒性：弹性多机器人系统方法分类。arXiv预打印。https://doi.org/10.48550/arXiv.2109.12343

[21]

瓦苏马提·拉曼（Vasumathi Raman）、亚历山大·唐泽（Alexandre Donzé）、迈赫迪·马苏米（Mehdi Maasoumy）、理查德·马苏密（Richard M。Murray、Alberto Sangiovanni-Vincentelli和Sanjit A。塞希亚。2014.带信号时序逻辑规范的模型预测控制。IEEE决策与控制会议记录（CDC’14）。IEEE，美国洛杉矶，81-87。https://doi.org/10.109/CDC.2014.7039363

[22]

瓦苏马提·拉曼（Vasumathi Raman）、亚历山大·唐泽（Alexandre Donzé）、多尔萨·萨迪格（Dorsa Sadigh）、理查德·穆雷（Richard M Murray）和桑吉特·塞希亚（Sanjit A Seshia）。2015.基于信号时序逻辑规范的反应合成。《第18届混合系统国际会议论文集：计算与控制》（HSCC’15）。美国西雅图ACM，239-248。https://doi.org/10.1145/2728606.2728628

数字图书馆

[23]

詹姆斯B。罗林斯。2000.模型预测控制教程概述。IEEE控制系统杂志20，3（2000），38–52。https://doi.org/10.109/37.845037

[24]

Alena Rodionava、Lars Lindemann、Manfred Morari和George J。帕帕斯。2021.STL规范的时间约束控制。IEEE决策与控制会议记录（CDC’21）。IEEE，美国奥斯汀，572-579。https://doi.org/10.109/CDC45484.2021.9683477

数字图书馆

[25]

艾琳娜·罗迪奥诺娃、拉尔斯·林德曼、曼弗雷德·莫拉里和乔治·帕帕斯。2022.STL规范下控制的组合左右时间鲁棒性。IEEE控制系统快报7（2022），619–624。https://doi.org/10.109/LCSYS.2022.3209928

[26]

萨德拉·萨德拉迪尼和卡林·贝尔塔。2015.鲁棒时序逻辑模型预测控制。2015年，第53届Allerton通信、控制和计算年会（Allerton’15）。IEEE，伊利诺伊州蒙蒂塞洛，美国，772-779。https://doi.org/10.109/ALLERTON.2015.7447084

数字图书馆

[27]

朱全燕和塔梅尔·巴沙尔。2011年，用于电力系统的网络物理系统的鲁棒和弹性控制设计。在IEEE决策与控制会议和欧洲控制会议（CDC-ECC’11）的会议记录中。IEEE，美国佛罗里达州奥兰多，4066-4071。https://doi.org/10.109/CDC.2011.6161031

引用人

阿格博CMehrpouyan H公司(2023)基于信号时序逻辑和自校正机制的工业控制系统弹性2023年IEEE关于可靠、自主和安全计算的国际会议、关于普适智能和计算的国际大会、关于云和大数据计算的国际协会、关于网络科学和技术大会的国际协会（DASC/PiCom/CBDCom/CyberSciTech）10.1109/DASC/PiCom/CBDCom/Cy59711.2023.10361314(0284-0293)在线发布日期：2023年11月14日
https://doi.org/10.109/DASC/PiCom/CBDCom/Cy59711.2023.10361314
萨乌德AJagtap P公司Soudjani S公司(2023)网络物理系统的时间逻辑弹性2023年IEEE第62届决策与控制会议（CDC）10.1109/加拿大49753.2023.10384033(2066-2071)在线发布日期：2023年12月13日
https://doi.org/10.109/CDC49753.2023.10384033

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发布于

封面图片ACM会议

HSCC’23：第26届ACM混合系统国际会议论文集：计算与控制

2023年5月

239页

国际标准图书编号：9798400700330

DOI（操作界面）：10.1145/3575870

版权所有©2023 ACM。

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出版：2023年5月9日

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HSCC’23：第26届ACM混合系统国际会议：计算与控制

2023年5月9日至12日

德克萨斯州，圣安东尼奥，美国

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阿格博CMehrpouyan H公司(2023)基于信号时序逻辑和自校正机制的工业控制系统弹性2023年IEEE关于可靠、自主和安全计算的国际会议、关于普适智能和计算的国际大会、关于云和大数据计算的国际协会、关于网络科学和技术大会的国际协会（DASC/PiCom/CBDCom/CyberSciTech）10.1109/DASC/PiCom/CBDCom/Cy59711.2023.10361314(0284-0293)在线发布日期：2023年11月14日
https://doi.org/10.109/DASC/PiCom/CBDCom/Cy59711.2023.10361314
萨乌德AJagtap P公司Soudjani S公司(2023)网络物理系统的时间逻辑弹性2023第62届IEEE决策与控制会议（CDC）10.1109/CDC49753.2023.10384033(2066-2071)在线发布日期：2023年12月13日
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