KR20190059024A - 자율복원 상태추정 시스템 및 방법 - Google Patents

자율복원 상태추정 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20190059024A
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정예찬
은용순
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

자율복원 상태추정 시스템 및 방법이 개시된다. 자율복원 상태추정 시스템은 플랜트 시스템의 상태를 감지하는 복수의 센서에 각각 설계될 수 있도록 복수 개 마련되며, 각 센서로부터 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하여 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출하는 복수의 미지입력 부분관측기 및 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는 최적화 연산기를 포함한다.

Description

자율복원 상태추정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR STATE ESTIMATION}
본 발명은 자율복원 상태추정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단일 입력 다수 출력의 플랜트 시스템의 자율복원 상태를 추정하기 위한 자율복원 상태추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
LQR 제어, LQG 제어와 같은 상태 피드백이 포함된 제어 기법을 사용하는 동적 물리 시스템에 있어서, 정확한 상태 추정이 필수적이다.
종래의 자율복원 상태추정 방법으로, Luenberger 부분 관측기 기반의 상태추정 방법이 제안된바 있다. 이는 제어 시스템의 각 센서에 Luenberger 부분 관측기를 설계하여 복수의 추정 값을 획득하고, 복수의 추정 값을 모아 후보군을 만든 뒤 유한공간 l2 최적화 연산을 통해 시스템의 실제 상태를 추출할 수 있다. 이러한 방법은 Luenberger 부분 관측기를 이용함으로써 센서 고장 또는 공격에 불구하고 시스템의 상태를 올바르게 추정할 수 있다. 그러나, 외란의 최대값에 대한 정보가 있다는 가정 하에 이루어지는 방법으로, 예기치 못한 외란이 인가되는 경우 외란으로 인한 상태추정 오차가 생길 수 있다.
다른 방법으로는 제어 시스템의 각 센서에 미지입력 관측기를 설계함으로써 복수의 추정 값을 획득하고, 복수의 추정 값을 median 연산에 넣어 시스템의 실제 상태를 추출할 수 있다. 따라서, 시스템에 외란이 가해지는 경우에도 올바르게 시스템의 실제 상태를 올바르게 추정할 수 있으나, median 연산을 이용하므로 각 미지입력 관측기에서 시스템의 상태를 모두 추정할 수 있어야 한다. 이에, 이러한 방식이 적용될 수 있는 시스템의 범위가 제한된다.
또 다른 방법으로는, 이산시간 시스템을 고려한 방법이 있다. 이는 0초부터 T초까지의 센서 출력 값을 모아 벡터를 생성한 후 l0 최적화 연산을 통해 실제 상태 값을 추정한다. 그러나, l0 연산의 경우 n개의 상태를 가진 시스템에 대해 Rn 의 탐색 범위 내에서 최적 값을 찾으므로, 연산량이 많고 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.
본 발명의 일측면은 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 추정 값을 추정하는 복수의 미지입력 부분관측기 및 한정된 탐색 공간 내에서 최적화 연산을 수행하는 최적화 연산기를 포함한 자율복원 상태추정 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 복수의 추정 값을 획득하고, 한정된 탐색 공간 내에서 복수의 추정 값 중 하나의 추정 값을 추출하는 탐색을 수행하는 자율복원 상태추정 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 자율복원 상태추정 시스템은 플랜트 시스템의 상태를 감지하는 복수의 센서에 각각 설계될 수 있도록 복수 개 마련되며, 각 센서로부터 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하여 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출하는 복수의 미지입력 부분관측기 및 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는 최적화 연산기를 포함한다.
한편, 상기 최적화 연산기는, 상기 복수의 미지입력 부분관측기의 개수에 따른 상기 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 복수의 상태 후보군별로 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 비교하고 그 결과에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 선택하는 최적화 연산 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나나태는 값으로 추출할 수 있다.
또한, 상기 미지입력 부분관측기는, 각 센서로부터 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있도록 각 센서에 설계되어 출력 값을 획득하고, 상기 플랜트 시스템의 제어 입력 값을 획득하여, 외란, 각 센서에 대한 공격 또는 각 센서의 고장이 반영된 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 자율복원 상태추정 방법은, 플랜트 시스템의 상태를 감지하는 복수의 센서로부터 각각 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하고, 상기 플랜트 시스템의 제어 입력 값을 획득하고, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 복수의 출력 값과 상기 제어 입력 값으로부터 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 복수의 추정 값을 추출하며, 상기 복수의 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색한다.
한편, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는 것은, 한정된 탐색 공간 내에서 상기 복수의 추정 값 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 추정 값을 탐색하는 것은, 상기 복수의 미지입력 부분관측기의 개수에 따른 상기 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 복수의 상태 후보군별로 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 비교하고 그 결과에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 선택하는 최적화 연산 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나나태는 값으로 추출하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면 미지입력 부분관측기에 의해 외란뿐만 아니라 센서의 고장 또는 공격에 대한 강인성을 가져, 특히, 물리 시스템과 제어기가 공간적으로 분리된 사이버 물리 시스템에 적용되어 제어 성능이나 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 최적화 연산기에 의해 최적화에 필요한 연산량을 줄일 수 있으며 이에 연산 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 플랜트 시스템의 일부 상태를 추정하더라도 최종적으로는 플랜트 시스템의 전체 상태의 추정이 가능하므로 보다 넓은 범위의 물리 시스템에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법의 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 시스템(100)은 플랜트 시스템(10)의 상태를 추정한 추정 값을 추출할 수 있다. 여기서, 플랜트 시스템(10)은 단일 입력 다수 출력 시스템으로 상태 피드백이 포함된 제어 기법을 채용한 동적 물리 시스템일 수 있다. 이러한 플랜트 시스템(10)은 시스템 제어의 안정성 확보를 위한 상태추정이 필수이다. 이에, 자율복원 상태추정 시스템(100)은 복수의 미지입력 부분관측기(110) 및 최적화 연산기(120)를 포함하여 플랜트 시스템(10)의 상태 추정을 수행할 수 있다.
미지입력 부분관측기(110)는 플랜트 시스템(10)의 상태를 감지하는 복수의 센서(11)에 각각 설계될 수 있도록 복수 개 마련될 수 있다. 미지입력 부분관측기(110)는 미지입력을 포함하는 선형 시스템의 상태 추정이 가능한 관측기로, 플랜트 시스템(10)에 가해지는 외란, 센서(11) 공격 또는 고장에 강인한 상태 추정이 가능하다. 미지입력 부분관측기(110)는 각 센서(11)의 출력 값 및 플랜트 시스템(10)의 제어 입력 값을 획득하여, 플랜트 시스템(10)의 상태에 대한 추정 값을 추출할 수 있다. 이때, 미지입력 부분관측기(110)는 각 센서(11)로부터 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득함으로써, 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 추정 값을 추출할 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 후술하기로 한다.
최적화 연산기(120)는 복수의 미지입력 부분관측기(110)로부터 복수의 추정 값을 획득하고, 복수의 추정 값 중 하나의 추정 값을 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나타내는 추정 값으로 추출할 수 있다. 이를 위해, 최적화 연산기(120)는 종래의 l0 최적화 연산 기법을 이용하는데, 상술한 바와 같이 미지입력 부분관측기(110)에서 추출하는 추정 값은 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 추정 값이므로, l0 최적화 연산에 있어서 탐색 범위의 한정이 가능하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 시스템(100)은 l0 최적화 연산 기법이 적용되는 종래의 상태추정 방식에 비해 연산 시간을 대폭 감소시킬 수 있다.
이하, 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 시스템(100)의 각 구성요소에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
미지입력 부분관측기(110)는 플랜트 시스템(10)의 상태를 감지하는 센서(11)로부터 플랜트 시스템(10)의 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있다. 또한, 미지입력 부분관측기(110)는 플랜트 시스템(10)의 제어 입력 값을 획득할 수 있다. 미지입력 부분관측기(110)는 센서(11)로부터 획득하는 출력 값 및 제어 입력 값으로부터 플랜트 시스템(10)의 상태에 대한 추정 값을 추출할 수 있다.
여기에서, 미지입력 부분관측기(110)는 센서(11)로부터 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있다. 이를 위해, 미지입력 부분관측기(110)는 다음과 같이 구현될 수 있다.
먼저, 플랜트 시스템(10) 및 복수의 센서(11)의 출력 값은 각각 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 x∈Rn는 플랜트 시스템(10)의 상태, u∈R는 제어 입력 값, y∈Rp는 센서 출력 값, d∈R는 외란, a∈Rp는 센서 공격을 의미한다.
플랜트 시스템(10)의 상태를 감지하는 센서(11)는 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있으며, 수학식 2를 선형 변환하여 아래의 수학식 3과 같은 행렬로 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
미지입력 부분관측기(110)는 아래의 수학식 4와 같이 수학식 3의 일부인
Figure pat00004
에 설계될 수 있다.
Figure pat00005
미지입력 부분관측기(110)는 센서(11)의 수학식 4에 따른 부분에 설계되어, 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있다.
이와 같은 미지입력 부분관측기(110)는 아래의 수학식 5와 같이 나타낼 수 있으며, 미지입력 부분관측기(110)에서 추출하는 플랜트 시스템(10)의 일부 상태에 대한 추정 값은 아래의 수학식 6과 같다.
Figure pat00006
Figure pat00007
수학식 5 및 6에서
Figure pat00008
는 미지입력 부분관측기(110)의 플랜트 시스템(10) 상태 추정 값,
Figure pat00009
은 미지입력 부분관측기(110)의 상태, u∈R은 제어 입력 값, yi∈R은 i번째 센서(11) 출력 값을 나타내고, F,T,K 및 H는 설계 변수이다.
이처럼, 미지입력 부분관측기(110)는 센서(11)로부터 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하도록 설계되어, 센서(11)의 출력 값을 획득하고, 플랜트 시스템(10)의 제어 입력 값을 획득하여 외란, 센서(11) 공격 또는 센서(11) 고장 등의 영향을 받지 않고 플랜트 시스템(10)의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출할 수 있다.
최적화 연산기(120)는 복수의 미지입력 부분관측기(110)로부터 복수의 추정 값을 획득하고, 복수의 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고, 복수의 상태 후보군 중 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 후보군을 탐색할 수 있다. 이때, 최적화 연산기(120)는 종래의 l0 최적화 연산 기법에 기반한 유한공간 l2 최적화 연산 기법을 적용하여 추정 값을 탐색할 수 있다. 즉, 최적화 연산기(120)는 한정된 탐색 공간 내에서 복수의 상태 후보군 중 플랜트 시스템(10)의 상태를 나타내는 하나의 상태 후보군을 탐색할 수 있다.
l0 최적화 연산 기법에 따르면, 플랜트 시스템(10)의 상태가 n 개인 경우, Rn 의 탐색 공간 내에서 복수의 추정 값 중 하나의 추정 값을 탐색할 수 있다. 이에, 계산량이 많고 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다. 그러나, 유한공간 l2 최적화 연산 기법에 따르면 아래의 수학식 7과 같이 탐색 공간을 한정함으로써 l0 최적화 연산 기법에 비해 계산량을 감소시킬 수 있다.
Figure pat00010
수학식 7에서
Figure pat00011
는
Figure pat00012
의 의사역행렬(pseudoinverse),
Figure pat00013
를 나타낸다.
이러한 유한공간 l2 최적화 연산 기법에 대한 자세한 설명 및 증명은 "C. Lee, H. Shim, and Y. Eun, "Secure and Robust State Estimation under Sensor Attacks, Measurement Noises, and Process Disturbances: Observer-Based Combinatorial Approach," European Control Conference, pp. 1872-1877, 2015."에 개시되어 있다.
최적화 연산기(120)는 복수의 미지입력 부분관측기(110)로부터 획득하는 복수의 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만든 뒤, 복수의 상태 후보군을 유한공간 l2 최적화 연산 기법에 적용하여 하나의 상태 후보군을 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나타내는 값으로 추출할 수 있다. 이때, 최적화 연산기(120)는 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 영역 중 복수의 상태 후보군에 해당하는 플랜트 시스템(10)의 일부 상태 영역으로 한정된 탐색 공간 내에서 최적화 연산을 수행할 수 있다. 여기서, 탐색 공간은 수학식 7과 같고, 수학식 7의 집합의 원소들은 복수의 미지입력 부분관측기(110)로부터 획득하는 복수의 추정 값을 모아 만든 복수의 상태 후보군이다.
예를 들면, 최적화 연산기(120)는 복수의 미지입력 부분관측기의 개수에 따른 복수의 상태 후보군을 만들 수 있다. 미지입력 부분관측기(110)가 4 개이고, 각 미지입력 부분관측기(110)에서 추정하는 플랜트 시스템(10)의 일부 상태에 대한 추정 값이 각각 (
Figure pat00014
,
Figure pat00015
,
Figure pat00016
)인 경우, 최적화 연산기(120)는 아래의 수학식 8과 같이 4 개의 상태 후보군을 만들 수 있다.
Figure pat00017
Figure pat00018
여기에서, 미지입력 부분관측기(110)에서 추정하는 플랜트 시스템(10)의 일부 상태에 대한 추정 값 중, 센서(11) 공격으로 인해
Figure pat00019
이 잘못된 값인 경우, 수학식 8에서
Figure pat00020
상태 후보군만이 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 올바르게 나타낼 수 있다.
최적화 연산기(120)는 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 영역 중 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 아래의 수학식 9와 같은 최적화 연산 알고리즘에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 추출할 수 있다.
Figure pat00021
수학식 9에서
Figure pat00022
는 벡터
Figure pat00023
의 원소 중 0이 아닌 것으 개수를 의미하고,
Figure pat00024
은
Figure pat00025
의 값을 가장 적게 만드는
Figure pat00026
를 선택하는 함수이다.
최적화 연산기(120)는 복수의 상태 후보군별로 수학식 9의 알고리즘에 따라 복수의 미지입력 부분관측기(110)에서 추출한 추정 값을 비교하고, 그 결과에 따라 하나의 상태 후보군을 추출할 수 있다. 이때,
Figure pat00027
이 잘못된 값인 경우,
Figure pat00028
상태 후보군이 다른 상태 후보군에 비해 0이 아닌 값이 가장 적게 나오는 상태 후보군으로 탐색되어 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나타내는 값으로 추출될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법은 도 1에 도시된 자율복원 상태추정 시스템(100)과 실질적으로 동일한 구성에서 진행될 수 있다. 따라서, 도 1의 자율복원 상태추정 시스템(100)과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 부여하고, 반복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법의 순서도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 미지입력 부분관측기(110)에서 플랜트 시스템(10)의 복수의 센서(11)의 출력 값 및 제어 입력 값을 획득할 수 있다(200). 복수의 미지입력 부분관측기(110)는 플랜트 시스템(10)의 각 센서(11)에서 수학식 4에 따른 부분에 설계되어, 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있다.
복수의 미지입력 부분관측기(110)에서 플랜트 시스템(10)의 복수의 센서(11)의 출력 값 및 제어 입력 값으로부터 플랜트 시스템(10)의 일부 상태에 대한 복수의 추정 값을 추출할 수 있다(210).
최적화 연산기(120)에서 복수의 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만든 뒤 한정된 탐색 공간 내에서 복수의 상태 후보군 중 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 후보군을 추출할 수 있다(220). 최적화 연산기(120)는 복수의 미지입력 부분관측기(110)의 개수에 따른 복수의 상태 후보군을 만들고, 복수의 상태 후보군별로 복수의 미지입력 부분관측기(110)에서 추출한 추정 값을 비교하고 그 결과에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 후보군을 선택하는 최적화 연산 알고리즘(수학식 9)에 기초하여 복수의 상태 후보군 중 하나의 후보군을 플랜트 시스템(10)의 실제 상태를 나나태는 값으로 추출할 수 있다.이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법의 유리한 효과에 대하여 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법의 유리한 효과를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 플랜트 시스템(10)은 아래의 수학식 10과 같은 3 가지 상태를 가지며, 수학식 11과 같이 6 개의 센서(y1, y2, y3, y4, y5, y6)가 마련된 가운데, 2 개의 센서(y3, y4)에 공격이 가해지고, 10rad/sec의 정현파형의 외란이 가해지는 조건 하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법에 따른 플랜트 시스템(10)의 상태추정 오차를 확인할 수 있다.
Figure pat00029
Figure pat00030
도 3에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법은 외란 및 센서(11) 공격에 영향을 받지 않고 플랜트 시스템(10)의 올바른 상태추정이 가능함을 확인할 수 있다. 이는, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법은 플랜트 시스템(10)의 상태 추정에 있어서 미지입력을 포함하는 선형 시스템의 상태 추정이 가능한 미지입력 부분관측기(110)를 이용하기 때문이다.
반면, 도 4를 참조하면, 동일한 조건 하에서 Luenberger 관측기를 이용하는 상태추정 방법으로 플랜트 시스템(10)의 상태추정 오차를 확인할 수 있다. 도 4에 따르면, 외란 및 센서 공격에 의한 상태추정오차가 발생함을 확인할 수 있는데, 이는, Luenberger 관측기는 외란, 센서 공격과 같은 예기치 못한 입력 값에 영향을 받기 때문이다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법은 외란, 센서 공격 및 고장 등에 영향을 받지 않고 올바른 상태추정이 가능하다. 실제 플랜트 시스템(10)에 있어서, 외란, 센서 공격 등은 반드시 발생하는 조건이므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법을 적용하면, 플랜트 시스템(10)의 제어 성능 및 안정성을 보장할 수 있다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 자율복원 상태추정 방법은 플랜트 시스템(10)의 전체 상태 중 일부 상태를 추정하는 미지입력 부분관측기(110)를 이용함으로써, 복수의 추정 값에 대한 최적화 연산에 있어서 탐색 범위의 한정이 가능하므로, 연상량을 대폭 감소시킬 수 있으며, 보다 넓은 범위의 물리 시스템의 상태추정 방법으로 적용되기에 적합하다.
이와 같은, 자율복원 상태추정 방법은 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 자율복원 상태추정 시스템
110: 미지입력 부분관측기
120: 최적화 연산기
10: 플랜트 시스템
11: 센서

Claims (5)

  1. 플랜트 시스템의 상태를 감지하는 복수의 센서에 각각 설계될 수 있도록 복수 개 마련되며, 각 센서로부터 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하여 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출하는 복수의 미지입력 부분관측기; 및
    상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는최적화 연산기를 포함하는 자율복원 상태추정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적화 연산기는,
    상기 복수의 미지입력 부분관측기의 개수에 따른 상기 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 복수의 상태 후보군별로 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 비교하고 그 결과에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 선택하는 최적화 연산 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나나태는 값으로 추출하는 자율복원 상태추정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미지입력 부분관측기는,
    각 센서로부터 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득할 수 있도록 각 센서에 설계되어 출력 값을 획득하고, 상기 플랜트 시스템의 제어 입력 값을 획득하여, 외란, 각 센서에 대한 공격 또는 각 센서의 고장이 반영된 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 추정 값을 추출하는 자율복원 상태추정 시스템.
  4. 플랜트 시스템의 상태를 감지하는 복수의 센서로부터 각각 상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 출력 값을 획득하고,
    상기 플랜트 시스템의 제어 입력 값을 획득하고,
    상기 플랜트 시스템의 전체 상태 중 일부 상태에 대한 복수의 출력 값과 상기 제어 입력 값으로부터 상기 플랜트 시스템의 일부 상태에 대한 복수의 추정 값을 추출하며,
    상기 복수의 추정 값을 모아 복수의 상태 후보군을 만들고,
    상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는 자율복원 상태추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플랜트 시스템의 전체 상태 영역 중 상기 복수의 상태 후보군으로 한정되는 탐색 공간 내에서 상기 복수의 상태 후보군 중 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나타낼 수 있는 하나의 상태 후보군을 탐색하는 것은, 상기 복수의 미지입력 부분관측기의 개수에 따른 상기 복수의 상태 후보군을 만들고, 상기 복수의 상태 후보군별로 상기 복수의 미지입력 부분관측기에서 추출한 추정 값을 비교하고 그 결과에 따라 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 선택하는 최적화 연산 알고리즘에 기초하여 상기 복수의 상태 후보군 중 하나의 상태 후보군을 상기 플랜트 시스템의 실제 상태를 나나태는 값으로 추출하는 것인 자율복원 상태추정 방법.
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KR20220144206A (ko) 2021-04-19 2022-10-26 재단법인대구경북과학기술원 시스템 상태 추정 장치 및 방법

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