SSPN-RA:基于SS-petri网的工业控制系统安全一体化风险评估方法

随着信息化与工业化的融合不断加深,工业控制系统中信息域与物理域交叉部分越来越多,传统信息系统的网络攻击会威胁工业控制系统网络。传统的工业控制系统安全评估方法只考虑功能安全的风险,而忽略了信息安全风险对功能安全的影响。文中提出一种基于改进petri网的工业控制系统功能安全和信息安全一体化风险建模方法(Safety and Security Petri Net Risk Assessment,SSPN-RA),其中包括一体化风险识别、一体化风险分析、一体化风险评估3个步骤。所提方法首先识别并抽象化工业控制系统中的功能安全与信息安全数据,然后在风险分析过程中通过构造结合Kill Chain的petri网模型,分析出功能安全与信息安全中所存在的协同攻击路径,对petri网中功能安全与信息安全节点进行量化。同时,通过安全事件可能性以及其造成的各类损失计算出风险值,实现对工业控制系统的一体化风险评估。在开源的仿真化工工业控制系统下验证该方法的可行性,并与功能安全故障树分析和信息安全攻击树分析进行对比。实验结果表明,所提方法能够定量地得到工业控制系统的风险值,同时也解决了功能安全与信息安全单一领域分析无法识别的信息物理协同攻击和安全风险问题。

带有时间戳的着色逻辑Petri网

针对扩展着色逻辑Petri网存在的表达能力弱以及适用范围窄的问题,提出了一个新的Petri网模型,即带有时间戳的着色逻辑Petri网。首先,将颜色进行实例化以及将变量用于构建有向边上的表达式使得模型能够传递复杂的数据流。其次,引入全局时间以及令牌的时间戳等概念为变迁使能规则增加时间上的约束,使得模型能够用于模拟实时系统。再次,定义库所约束函数并为变迁使能规则增加输出库所上的约束,使得模型能够适用于存储资源有限的场景。接着,提出基于逻辑变迁输入输出矩阵的匹配法,降低逻辑输入变迁的使能判定计算开销并简化逻辑输出变迁的使能判定计算过程。然后,重新定义适用于三类变迁的使能判定条件以及适用于三类库所的标记更新方法,解决原有模型语义在新模型中不适用的问题。最后,通过实例说明新的Petri网模型具有更强的表达能力和适用范围,它能够适用于传递复杂数据流、存储资源有限、实时的且包含批处理选择结构的系统。

基于Petri网的柔性装配系统的鲁棒控制

该文集中讨论了拥有不可靠柔性装配系统(Flexible Assembly System,FAS)的鲁棒死锁控制问题,确保当故障资源恢复后系统应恢复正常生产而不会出现堵塞现象,即不仅可以在无故障资源的情况下使系统远离死锁,而且还能在有不可靠资源时保证系统的顺利生产。首先,建立拥有不可靠资源FAS的Petri网模型,模拟整个系统的运行情况和资源的故障与恢复;其次,根据系统的控制目标,通过提出的进程可被推进算法和改进银行家算法设计了一种满足鲁棒性的死锁避免策略;然后,利用两个例子验证所设计的鲁棒控制策略的有效性;最后,对比实验结果表明,所提出的死锁控制策略所得到的可达标识数为30710个,显著多于其他论文的策略,在可允许性上具有一定优越性。

基于层次逻辑博弈Petri网地铁应急管理系统建模与分析

为协调地铁应急管理系统中各方利益关系,提高应急管理效率,提出层次逻辑博弈Petri网.提出层次模型构建方法,引入替代变迁代替子网,在子网中定义相应入口库所和出口库所;提出替代变迁启用算法、新可达图生成算法和效用矩阵分析方法;基于层次逻辑博弈Petri网,构建地铁应急管理系统的整体博弈关系模型,以应急决策机构和公众博弈子网为例,分析混合策略博弈过程,验证模型的正确性和可行性.

基于平行Petri网的制造系统调度与控制一体化方法

为了消除制造系统调度层与控制层之间的隔阂,实现对生产事件快速灵活响应,本文提出了一种调度与控制一体化的方法.首先,定义了一种新型Petri网模型,即平行Petri网,从而集成地描述了传感器、执行器、任务和资源信息,构建制造系统的信息物理系统模型;其次,提出了一种从平行Petri网到赋时Petri网的抽象简化方法,大规模压缩优化调度所需搜索的状态空间;再次,定义了策略Petri网以描述最优调度策略.最后,给出了平行Petri网与策略Petri网同步执行算法,使得平行Petri网与物理系统同步执行.

基于信号解释Petri网的可重构逻辑控制器分析与设计

为适应可重构制造系统这一新生产模式的顺序控制 ,本文提出了基于信号解释Petri网的可重构逻辑控制器分析和设计的方法 .该方法利用层次化、模块化和接口技术将控制器规划为开放的体系结构 .确定了可达图法和化简技术结合的SIPN模型形式分析方法及步骤 ,采用透明度指标对模型进行评价 ,并给出控制器重构能力分析原则 .接着将该理论及方法用于一可重构装配生产线可重构逻辑控制器的建模和分析案例中 .分析结果表明设计的可重构逻辑控制器形式正确、有效 ,具有可重构能力 .最后提出逻辑控制器建模、分析、仿真、代码生成和逻辑控制实施的软件平台 ,该软件采用CORBA组件模型的软组件技术开发 .

一种基于Petri网的多机器人路径规划建模方法

月球基地建设是当前各国月球探测与开发计划的核心使能技术之一。然而,为消除高昂的运输成本和有限载人航天技术的约束,使用多机器人团队建造月球基地的新研究方案被提出,该方案的关键是如何实现多机器人针对复杂任务的路径规划。为此,以月球基地建设场景中的探测采集区域、采集月壤、搬运月壤等作为复杂的任务输入,研究了一种基于Petri网模型的多机器人路径规划建模方法。构建了多机器人运动的Petri网模型;使用线性时序逻辑(linear temporal logic,LTL)语言描述月球基地建设的相关任务;将Petri网模型和LTL公式结合求解得到多机器人路径;在Matlab软件中进行仿真验证,并与使用切换系统的建模方法进行对比。结果表明,使用Petri网模型所需的建模总时间比切换系统模型单个任务的建模时间减少2个数量级,说明建立的Petri网多机器人模型具有避免维度爆炸、计算高效等优势。

无刷直流电机DSP逻辑控制程序的Petri网设计方法

提出一种无刷直流(BLDC)电机数字信号处理(DSP)逻辑控制程序的Petri网设计方法.首先,建立霍尔传感器和电机旋转方向的Petri网模型;其次,利用功率管(MOSFET)二二切换规则,设计功率管通断的变迁,获得电机的逻辑控制Petri网模型,并根据Petri网可达图算法,计算无刷直流电机动态系统的状态集合,并利用换相逻辑逐个验证;最后,借助Petri网变迁的激发规则,设计无刷直流电机DSP逻辑控制程序,并对文中方法进行实验验证.结果表明:文中方法能够保证控制程序的正确性和可靠性,可以有效地简化无刷直流电机DSP逻辑控制程序的调试过程.

一种体现构网型控制特征的柔性直流机电暂态改进建模方法

总结柔性直流采用构网型控制呈现的新特性并提出相应的机电暂态建模方法。通过分析,提出构网型控制替代跟网型控制给柔性直流带来的主要变化是:电压源支撑,故障穿越切换措施以及电流限幅方法。相对应的,构网控制型柔性直流机电暂态模型是对跟网控制型柔性直流模型的改进,包括将换流器与交流网络的接口由传统的一个交流仿真步长内的平均功率改为平均电压;增加故障穿越措施切换逻辑以及增加基于用户自定义的电流限幅措施。通过交直流间接口方法仿真对比,以及机电、电磁暂态模型故障模拟验证所提模型的有效性。该模型能高精度模拟构网控制型柔性直流在交流电网中的动态行为,具有良好的应用价值。

基于改进的网重写系统的Petri网逻辑控制器的自重构方法

提出一种基于改进的网重写系统的可重构制造系统的Petri网模型的自重构方法。通过改进,克服了网重写系统的若干固有缺陷,提出了Petri网逻辑控制器的自重构方法,这种方法能保证重构中逻辑控制器的正确性,避免复杂的数学分析验证。通过可重构制造单元的实例演示了该方法,并验证了其有效性。

基于行为轮廓和逻辑Petri网的模型修复方法

现实中的业务流程不断发生变化,需要对初始的业务流程模型进行修复以更好地表示实际业务流程。模型修复的关键步骤是分析现实日志和模型间的偏差,目前寻找偏差的方法主要采用对齐重演技术,未从行为的角度定量分析抽象的结构。因此,提出了一种通过行为轮廓分析日志和模型偏差的方法,并在此基础上进一步给出了基于逻辑Petri网的模型修复方法。首先,基于行为轮廓计算日志和模型间的服从度以识别偏差迹;然后,在偏差迹中依据偏差三元组集从偏差活动中选择逻辑变迁;最后,基于逻辑变迁设置逻辑函数,并通过添加新的分支或重构新的结构来修复原模型。对修复模型的适应度和精确度进行了验证,仿真实验结果表明,在尽可能保持修复模型与原始模型相似的基础上,相较于Fahland方法与Goldratt方法,所提修复方法在适应度都为1的情况下,得到的修复模型具有更高的精确度。

基于逻辑博弈概率Petri网的地铁应急决策建模与分析

为解决逻辑Petri网不能很好地描述动态博弈过程的问题,提出逻辑博弈概率Petri网。将博弈的四要素融合到逻辑Petri网中,博弈的局中人被定义为token的一个属性,为其定义了策略集以及效用函数,并引入了信息库所。引入概率变迁和向量来表示博弈过程中先后验概率的转换关系,在贝叶斯公式的基础上引入模糊理论,以解决决策前期的信息缺失问题,并引入决策变迁来帮助理性人作出决策。使用逻辑博弈概率Petri网对地铁应急决策过程进行建模,构建系统可达图对问题进行分析,并应用Tina仿真验证模型性质,同时验证了所提出方法的可行性。

基于Petri网立交桥智能网联车协作控制仿真

为提高立交桥通行效率,在考虑车辆通过立交桥过程中存在多次分离、交汇行为基础上,利用时延Petri网(timed Petri net, TdPN)建立智能网联车完整通过过程仿真模型;提出基于车辆优先级的速度引导策略,并建立智能网联车协作控制模型,从而组成完整的互通立交TdPN模型。通过仿真予以校验,并与立交桥出口及其衔接区协同控制方法、立交区域内多合流区协同控制方法作对比,结果表明:当交通需求较大时,本文方法控制效果最佳,能进一步提高通行效率,缓解交通压力。

基于Petri网的工作流逻辑控制解决方案

文章针对工作流引擎的内核设计给出了严格的数学定义以及相应的规则说明。在Petri网的基础上,将工作流基本元素分成两类:业务元素与逻辑控制元素。将对工作流程的逻辑控制交给逻辑控制元素完成。通过解释工作流常见的几种路由模型,说明逻辑控制需要解决两个方面的控制问题,并给出相应的解决方案。

基于Petri网的航空发动机控制器单粒子效应故障诊断

航空发动机控制器是航空发动机的核心元件,若发生故障,将对航空发动机甚至飞机安全性造成很大影响,而单粒子效应是影响航空发动机控制器的重要因素。文章建立航空发动机控制器单粒子效应的故障树模型,并转换成对应的Petri网模型进行优化,简化计算过程,有利于后续进行快速的单粒子效应故障诊断动态分析。

基于逻辑Petri网的循环选择驱动循环结构过程模型修复方法

模型修复是一种过程增强技术。现有模型修复方法较少考虑含间接依赖关系的过程模型,在表示结构间的间接依赖关系时存在不足,修复含循环选择驱动循环结构的模型时难以描述结构间的间接依赖关系。本研究基于逻辑Petri网,针对循环选择驱动循环结构,提出在修复循环选择驱动循环结构的同时可以表达结构间的间接依赖关系的方法。在从日志中获取循环序列和选择序列算法的基础上,通过定理确定模型与日志是否存在偏差并找到偏差位置;根据不同结构提出修复算法修复模型,并使用关联规则描述结构间的间接依赖关系;最后通过实验证明方法的可行性。

基于GMEC转换算法的Petri网结构控制器综合方法

针对含不可控变迁Petri网系统禁止状态控制器设计问题,提出了一种基于矩阵变换和整数线性规划的结构控制器综合方法。该方法的关键是对代表系统合法状态的广义互斥约束(generalized mutual exclusion constraint,GMEC)进行转换。首先,根据Petri网系统的关联矩阵,将库所集分为无关库所集、不可控库所集和补足库所集。其次,通过对非允许GMEC中补足库所的权值和不可控库所的权值进行处理,并运用整数线性规划将非允许GMEC转换为允许GMEC。在允许GMEC的基础上,根据库所不变量原理设计出Petri网系统的结构控制器。最后,以某零件加工系统为例验证了所提方法的泛用性和高效性,为实际智能制造系统的监督控制器设计提供有效参考方案。

可编程逻辑控制器的平行Petri网设计与实现方法

为了实现可编程逻辑控制器(PLC)的形式化设计,定义了一种可以感知和执行的新型Petri网,称为平行Petri网.将输入输出变量映射到库所结点上,描述了PLC的Petri网模型的一般设计方法,进而给出了其动态演化算法.通过C语言和TwinCAT联合编程,使得Petri网与被控物理对象平行演化,实现了Petri网对物理过程的平行感知和控制,并完成了实验验证.该方法可以缩短控制代码的开发周期,简化程序复用的复杂性,为平行系统在PLC工程中的应用提供了有效工具.

一种基于逻辑Petri网的过程挖掘方法

逻辑Petri网是抑制弧Petri网和高级Petri网的抽象和扩展,可在过程挖掘中简洁准确的表示活动之间复杂的业务逻辑关系.本文在传统Petri网挖掘方法的基础上,为了进一步提高复杂系统挖掘模型的简洁度和拟合度,尤其是对并行活动间存在复杂与或关系的系统,提出了一种基于逻辑Petri网的过程挖掘方法,并给出了逻辑Petri网中逻辑变迁的挖掘算法.它可以充分挖掘活动之间的业务逻辑,并且业务逻辑可用逻辑表达式表示.通过与相应Petri网模型的实例比较分析,例证了本文方法的正确性和有效性,且逻辑Petri网模型更加适合日志行为.

离散事件系统的混合型Petri网控制器(英文)

考虑由具有不可控变迁的受控Petri网建模的DES的控制器综合问题 .提出了兼具DES的逻辑型和结构型二种控制器优点的混合型Petri网控制器 :在系统状态的获取和跟踪上具有结构型控制器的优点 ,而在控制作用的实施上则具有逻辑型控制器的优点 .全文通过实例说明了混合型Petri网控制器的设计方法 .