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一种使用STL逻辑监控CPS的可解释规范挖掘方法
1
作者 刘峰 曹子宁 +1 位作者 王福俊 李振 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2024年第1期9-15,共7页
随着信息物理融合系统(CPS)日益复杂,很难捕获其相关行为并以一种可解释的方式检测它.因此本文提出了一种基于线性支持向量机(LSVM)框架的规范挖掘算法,从有限长度的信号轨迹中挖掘具有可解释性的信号时序逻辑(STL)公式.挖掘出的STL公... 随着信息物理融合系统(CPS)日益复杂,很难捕获其相关行为并以一种可解释的方式检测它.因此本文提出了一种基于线性支持向量机(LSVM)框架的规范挖掘算法,从有限长度的信号轨迹中挖掘具有可解释性的信号时序逻辑(STL)公式.挖掘出的STL公式可以作为监控行为的抽象,用于CPS运行时验证的监控机制中.该算法根据一组被标记的有限时间轨迹和STL模板公式,将信号时序逻辑特有的鲁棒性满意度与LSVM的优化算法相结合生成所需规范.另外,本文还将对一维信号轨迹的规范挖掘技术扩展到多维信号上.最后,通过两个案例研究来说明提出算法的可行性和优势,结果表明该算法在保证高准确率的前提下,执行效率和可解释性都优于其他的规范挖掘算法. 展开更多
关键词 机器学习 规范挖掘 运行时验证 信息物理融合系统 信号时序逻辑
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基于数字孪生的工业互联网安全检测与响应研究
2
作者 马佳利 郭渊博 +2 位作者 方晨 陈庆礼 张琦 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期87-100,共14页
考虑传统网络安全防御方法不能够满足工业互联网对可靠性和稳定性的严格要求,基于数字孪生的思想研究了一种在数字空间中通过采集现场数据和使用孪生模型安全认知进行异常检测和响应的方法。首先,通过对数字孪生建模方案进行分析,总结出... 考虑传统网络安全防御方法不能够满足工业互联网对可靠性和稳定性的严格要求,基于数字孪生的思想研究了一种在数字空间中通过采集现场数据和使用孪生模型安全认知进行异常检测和响应的方法。首先,通过对数字孪生建模方案进行分析,总结出4类建模方法并集成到多模块数字孪生(DT)架构中;然后,通过引入信号时序逻辑技术将不同孪生模型认知转化为标准的信号时序逻辑(STL)规范集,根据规范集对系统行为的监测实现异常检测,多源认知增加了检测结果的可靠性;最后,通过对违反STL规范集情况的分析实现异常定位,并通过对已知设备故障的分析设计相应STL弱规范实现异常分类,对异常的两方面响应有利于帮助系统恢复正常运行。案例研究表明,所提方法在异常检测和响应方面非常有效。将所提方法与基于深度学习的入侵检测系统进行对比,实验结果表明,所提方法在对异常情况的检测时检出率提高了25%~40.9%。 展开更多
关键词 工业互联网 数字孪生 异常检测 异常响应 信号时序逻辑
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信号时序逻辑约束下基于终点回溯的高效规划 被引量：3
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作者 田戴荧 方浩 杨庆凯 《无人系统技术》 2021年第1期44-50,共7页
在信号时序逻辑约束下规划路径是一项具有挑战性的任务,其计算量非常高。提出了一种终点回溯的规划方法,它是一种适用于连续时间系统的抽象化方法。该规划方法分为离线构建阶段和在线规划阶段。离线构建阶段在Transducer理论的指导下,... 在信号时序逻辑约束下规划路径是一项具有挑战性的任务,其计算量非常高。提出了一种终点回溯的规划方法,它是一种适用于连续时间系统的抽象化方法。该规划方法分为离线构建阶段和在线规划阶段。离线构建阶段在Transducer理论的指导下,从能够完成任务的合理的终点构造一棵快速随机搜索树,向初始状态空间进行回溯。当采样点足够多时,在线规划阶段使用模型预测控制将机器人驱动到快速随机搜索树的叶子节点。通过所提出的规划方法,避免了环境的有限转移系统与信号时序逻辑对应的自动机乘积引起的状态空间爆炸问题。所提出的方法将在线路径规划所需时间降低到1s以下,充分说明了本方法的有效性。与混合整数线性规划以及贝叶斯优化方法相比较,所提出的终点回溯规划方法在线求解效率更优,且更加易于扩展至多机器人协同工作场景。 展开更多
关键词 信号时序逻辑 终点反溯 非一致性采样 抽象化 人工智能 机器人学
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基于信号时序逻辑的轮式移动机器人路径规划和漏斗控制设计 被引量：2
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作者 田畅 朱化杰 +2 位作者 杨妍 石忠佼 刘志杰 《控制与信息技术》 2022年第6期50-55,共6页
时序逻辑可通过提供丰富的规范语言来确保系统对任务规范的准确描述和执行。文章使用相关的鲁棒语义来分析信号时序逻辑规范片段下的连续时间系统,并使用基于漏斗的反馈控制律来实现对轮式移动机器人路径规划和控制的协同设计,在引入更... 时序逻辑可通过提供丰富的规范语言来确保系统对任务规范的准确描述和执行。文章使用相关的鲁棒语义来分析信号时序逻辑规范片段下的连续时间系统,并使用基于漏斗的反馈控制律来实现对轮式移动机器人路径规划和控制的协同设计,在引入更加严格有效的形式化验证方法的同时还有效降低了运算量,其首先利用信号时序逻辑对任务进行相应的描述,再将此描述转换为对应的鲁棒公式,最后基于漏斗反馈控制策略的瞬态特性来最大化鲁棒公式的鲁棒语义,从而达到规划和控制协同进行的目的。在轮式移动机器人运动学模型上的仿真结果表明,采用文中所提出的协同设计方法,当满足任务约束时,系统能够完成信号时序逻辑所指定的目标,并具有用户定义的鲁棒性;当不能满足任务约束时,仍可找到最小违背解。文中所提出的路径规划和漏斗控制算法解决了移动机器人规划和控制的协同设计问题,可有效提升运算效率,简化计算复杂度,扩大了信号时序逻辑在移动机器人路径规划中的应用范围,同时增加了系统的鲁棒性。 展开更多
关键词 信号时序逻辑 漏斗控制 轮式移动机器人 路径规划 协同设计
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信号时序逻辑方法识别电机运行状态研究
5
作者 覃姜 肖兵 《电子测量技术》 北大核心 2021年第17期1-7,共7页
矢量控制是目前永磁同步电机(PMSM)的主流控制方法,针对其计算复杂,依赖电机参数辨识等缺点,提出采用信号时序逻辑(STL)的形式化方法对电机运行状态进行识别,从而可以通过控制电机驱动电路的脉宽调制(PWM)实现最大转矩电流比控制(MTPA)... 矢量控制是目前永磁同步电机(PMSM)的主流控制方法,针对其计算复杂,依赖电机参数辨识等缺点,提出采用信号时序逻辑(STL)的形式化方法对电机运行状态进行识别,从而可以通过控制电机驱动电路的脉宽调制(PWM)实现最大转矩电流比控制(MTPA)。采集与驱动电路直流母线串联的shunt电阻在电机同种工况不同运行状态下的电压数据,采用5折交叉验证,基于决策树学习STL公式,最后使用STL公式判断电机运行状态正常,欠调制,或过调制。定义了一阶基元和二阶基元分别作为决策树节点,学习过程使用粒子群优化(PSO),并采用了不同不纯性度量作为优化时的损失函数。实验结果表明,使用一阶基元的STL对电机状态识别准确率可达98.78%,程序运行耗时0.150 9 s;使用二阶基元识别准确率可达95.06%,程序运行时间2.397 9 s,对基于STL实现电机控制算法具有重要意义。 展开更多
关键词 信号时序逻辑 决策树 电机状态识别 不纯性度量 异常检测
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聚合型时序逻辑驱动的复合服务联动定量监测
6
作者 周长兵 赵登 +2 位作者 张文博 孙骁 薛霄 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期5419-5451,共33页
近年来,面向服务的物联网体系架构受到学术界和工业界的广泛关注.通过把物联网资源虚拟化为智能物联网服务,动态互联并融合协同这些资源受限且动态演进的物联网服务,从而构建物联网应用,已成为一种被普遍认可且灵活有效的机制.面向边缘... 近年来,面向服务的物联网体系架构受到学术界和工业界的广泛关注.通过把物联网资源虚拟化为智能物联网服务,动态互联并融合协同这些资源受限且动态演进的物联网服务,从而构建物联网应用,已成为一种被普遍认可且灵活有效的机制.面向边缘设备资源稀缺且动态时变,物联网服务在其执行过程中可能发生QoS变化或资源失配,致使物联网应用难以继续或可能诱使故障发生.因此,实现物联网服务的实时定量监测,已成为保障物联网应用鲁棒性和系统健壮性的关键.现有相关研究工作提出了不同监测机制,但其在形式化解释上仍存不足,表现为较强的领域相关性和经验主观性.基于形式化方法,例如信号时序逻辑,可将物联网服务运行态实时定量监测问题转换为时序逻辑任务.然而,现有信号时序逻辑存在信号不可辨性、方法不鲁棒性以及场景不适用性问题.并且,在物联网服务以复合服务形式监测时,现有工作存在整体性、联动性、动态性考虑不足的问题.为解决上述问题,提出一种聚合型信号时序逻辑,以实现单个服务、服务之间以及复合服务上不同QoS约束和时间约束的实时联动定量监测.所提方法扩展基于正负偏置黎曼和的累加型时间算子,对整个时间域内所有子公式进行鲁棒性度量,实现时序鲁棒、信号可辨、动态适用的物联网服务运行态实时定量监测;并扩展基于约束类型与组合结构的聚合算子,以及随动态环境可变的动态变量,实现复合服务在动态环境中的联动定量监测.由此,物联网服务及其复合服务的多维度多约束被转换为逻辑公式,并在运行时以定性和定量化的满意度进行形式化解释.实验结果表明所提方法具有更好的监测表达能力、场景适用性和结果鲁棒性. 展开更多
关键词 物联网服务 复合服务 定量监测 实时监测 信号时序逻辑
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