A Scalable Design Approach to Resilient Architectures for Interconnected Cyber-Physical Systems: Safety Guarantees under Multiple Attacks
California State University, Los Angeles (Cal State LA)（加州州立大学洛杉矶分校）
本文提出了一种可扩展框架，用于分配鲁棒架构并调整其恢复时间，以确保互联网络物理系统在多重攻击下的安全性。
2026-03-14 cs.SY eess.SY
Continuous Resilience in Cyber-Physical Systems of Systems: Extending Architectural Models through Adaptive Coordination and Learning
本文提出通过自适应协调层和重新定义的适应学习层，构建持续动态韧性的CPSoS架构，提升系统在复杂环境中的适应与学习能力。
2025-11-21 cs.SY eess.SY
An Invariant Set Construction Method, Applied to Safe Coordination of Thermostatic Loads
我们考虑的问题，协调一组切换子系统的局部和全局约束下的系统的安全运行。虽然可以利用不变集来构造这种问题的安全保证控制器，但计算不变集不能扩展到高维系统。在本文中，我们介绍了一种策略，以获得一个控制不变集的切换子系统的集合的隐式表示，并构造一个安全保证的控制器，以协调子系统使用的表示。具体来说，我们将不变集到模型预测控制器，以保证安全性和递归的可行性。由于计算量与子系统的数量无关，因此这种方法可以扩展到大量的切换子系统。我们使用我们的方法来安全地控制恒温控制负载的集合，以提供电网平衡服务。该问题包括对每个负载的温度和切换后必须保持在一种模式的持续时间的约束，以及对总功耗的约束，以确保网络安全。数值模拟表明，该方法优于基准策略的安全性和递归的可行性。
2022-02-11 cs.SY eess.SY
A Lyapunov redesign of coordination algorithms for cyberphysical systems
University of Groningen（格罗宁根大学）；Université de Lorraine, CRAN, UMR 7039 and the CNRS, CRAN, UMR 7039（洛林大学、CRAN实验室（UMR 7039）和法国国家科学研究中心（CNRS）、CRAN实验室（UMR 7039））
本文提出一种基于Lyapunov原理的事件触发协调策略，用于解决具有双积分动力学的智能体在时变环境中的 rendezvous 问题，通过减少通信和计算成本提升系统性能。
2014-10-01 cs.SY eess.SY math.OC
A Hierarchical Architecture for the Coordination of an Ensemble of Steam Generators
这项工作提出了一个层次结构的蒸汽发生器，它需要共同维持一个共同的负载的合奏的最佳管理。独立子系统的协调由多层控制方案提供。高级优化器计算要分配给单个发电机的最佳生产份额。在中等水平，一个强大的管为基础的模型预测控制（MPC），提出了跟踪随时间变化的需求的合奏使用一个集中的，但聚集的模型，其顺序不缩放的子系统的数量。在低水位时，分散控制器用于稳定锅炉内部压力。该控制架构使得能够动态修改总体配置和即插即用操作。仿真结果表明，所提出的方法的潜力。
2020-06-22 cs.SY eess.SY
Cybernetic modeling of Industrial Control Systems: Towards threat analysis of critical infrastructure
Electronics Corporation of India Limited, ECIL（印度电子公司，ECIL）
本文提出基于信息论的工业控制系统建模方法，通过引入可行系统模型原理，为关键基础设施威胁分析提供系统性视角和决策支持。
2015-10-07 cs.CR cs.SY eess.SY
A Jamming-resilient Algorithm for Self-triggered Network Coordination
University of Groningen（格罗宁根大学）
本文研究了在分布式拒绝服务攻击导致通信故障情况下，通过设计时间变化的控制和通信策略，保持共识的自触发共识网络框架，提出持久通信概念并分析其对共识时间的影响。
2016-03-08 cs.SY eess.SY
Networked Intelligence: Towards Autonomous Cyber Physical Systems
本文探讨了如何结合产业与学术成果，构建大规模网络物理系统，提出概念架构并评估子系统成熟度，为智能系统发展提供规划指导。
2016-08-28 cs.AI cs.SY eess.SY
An Energy Management System Approach for Power System Cyber-Physical Resilience
电力系统是构成现代社会基础的大规模网络物理关键基础设施。网格的可靠性和弹性取决于相关子系统的正确运行，包括计算，通信和控制。这种集成是广泛的，对电网的运行、可靠性和效率有着深远的影响。构成这些基础设施的技术可能会暴露新的威胁来源。将这些威胁映射到其电网弹性影响，以尽早阻止它们，需要及时详细地了解整个网络物理系统。因此，必须将电网弹性视为网络物理系统问题并加以解决。这份简短的立场文件提出了几个关键的概念，并得到经验证据的支持，通过网络物理能源管理系统实现网络物理态势感知和入侵响应。
2021-10-07 cs.SY eess.SY
Using learning to control artificial avatars in human motor coordination tasks
University of Bristol（布里斯托大学）；University of Naples “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）；ENEA Fusion and Nuclear Safety Department（意大利国家新能源与可再生能源署聚变与核安全部）
本文提出了一种基于马尔可夫链的新方法，赋予虚拟代理以人类运动特性，以实现与目标个体的运动协调，并通过强化学习控制架构合成能够模仿特定人类完成联合运动任务的虚拟代理。
2020-06-17 cs.SY eess.SY q-bio.NC
Non-Iterative Solution for Coordinated Optimal Dispatch via Equivalent Projection-Part I: Theory
针对分层电力系统传统迭代协调方法收敛慢、易振荡发散且难以处理多级优化的问题，提出等价投影（EP）理论，使子系统模型外部等价，并构建非迭代协调框架，保证与联合优化同等最优性，同时避免迭代、保护隐私并兼容实际调度。
2023-02-26 cs.SY eess.SY math.OC
Distributed Control with Low-Rank Coordination
Technion—IIT（以色列理工学院）
本文提出一种非稀疏但适合分布式控制的结构，通过多智能体协调问题的最优解实现，包含对角部分和秩一协调项，仅需简单平均操作。
2013-12-29 cs.SY eess.SY math.DS
Power-Efficient Autonomous Mobile Robots
Department of Computer Science and Engineering, University of Michigan, USA（计算机科学与工程系，密歇根大学）；Department of Computer and Information Sciences, University of Delaware, USA（计算机与信息科学系，特拉华大学）
本文提出pNav系统，通过联合优化自主移动机器人物理和网络子系统，显著提升其功率效率，实测显示功率消耗降低38.1%。
2025-11-25 cs.RO cs.SY eess.SY
Architecture for Community-scale Critical Infrastructure Coordination for Security and Resilience
Purdue University（普渡大学）
本文提出一种社区级关键基础设施协调架构，旨在提升基础设施的整合性、抗失效与攻击能力及运营商接受度，通过整合过程意识与跨系统依赖关系来增强安全性和韧性。
2016-07-24 cs.CR cs.CY cs.SY
A Primal-Dual-Based Active Fault-Tolerant Control Scheme for Cyber-Physical Systems: Application to DC Microgrids
Brandenburg University of Technology Cottbus–Senftenberg（勃兰登堡工业大学科特布斯-森夫滕贝格分校）；Fraunhofer Institute for Energy Infrastructures and Geotechnologies（弗劳恩霍夫能源基础设施与岩土工程研究所）
本文提出了一种基于对偶的主动容错控制方案，用于网络物理系统，通过在直流微电网上的实验验证了其有效性。
2026-02-09 cs.SY eess.SY
Self-triggered Coordination over a Shared Network under Denial-of-Service
ENTEG, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, University of Groningen（格罗宁根大学数学与自然科学学院ENTEG）
本文研究了在存在拒绝服务攻击时，如何通过自触发协调保持共识。引入了通信持续性的概念，以表征攻击频率和持续时间，确保共识不被破坏。
2015-04-26 cs.SY eess.SY
Bayesian thermal digital twin for a space habitat subjected to an impact event
Purdue University（普渡大学）；UT San Antonio（圣安东尼奥大学）
本研究开发了一种用于太空栖息地的贝叶斯热数字孪生，可检测撞击诱导热异常、推断撞击相关参数并支持自主运行的临界时间估计，经实验数据验证有效。
2026-09-07 cs.SY eess.SP eess.SY
Secure Fusion Estimation Against FDI Sensor Attacks in Cyber-Physical Systems
针对网络物理系统中传感器测量数据可能被虚假数据注入攻击篡改的问题，研究了安全的多传感器融合估计问题。在这项工作中，它被认为是对手可能无法攻击所有的传感器。也就是说，几个传感器仍然没有受到攻击。在这种情况下，新的本地重组子系统，包括FDI攻击信号和未受攻击的传感器测量构造的增强方法。然后，在线性最小方差意义下设计了一种联合卡尔曼融合估计器，同时估计系统状态和FDI攻击信号。最后通过算例说明了所提方法的有效性和优越性。
2022-12-30 cs.SY eess.SY
A Semantic Model for Interacting Cyber-Physical Systems
我们提出了一个基于组件的语义模型的网络物理系统（CPS），其中组件的概念抽象的内部细节的网络和物理过程，暴露一个统一的语义模型，其外部可观察的行为表示为一组序列的观察。我们引入代数运算，这样的序列来模拟不同种类的组件组成。这些组合操作符通过其组成组件的行为的交互的规范来产生其所得组合组件的外部可观察行为，因为它们，例如，同步或相互排斥彼此的替代行为。我们的框架是足够的表达，以允许关节的属性，协调所需的交互组成的组件之间的框架内，也作为组件的行为。我们证明了我们的形式主义的有用性，通过协调属性的例子在CPS组成的两个机器人通过共享的物理资源进行交互。
2022-03-25 cs.SY eess.SY
Hierarchical Cyber-Attack Detection in Large-Scale Interconnected Systems
在本文中，我们提出了一个分层的计划来检测网络攻击的分层控制架构的大规模互联系统（LSS）。我们认为LSS作为一个网络的物理耦合的子系统，配备了一个两层的控制器：在本地一级，分散的控制器保证整体稳定性和参考跟踪;在监管层，一个集中的协调器设置参考本地监管机构。我们提出了一个计划来检测发生在本地的攻击，恶意代理能够影响本地控制。检测方案在监督级计算，仅需要有限的数据和模型知识交换。我们提供了详细的理论分析所提出的计划，突出其检测性能的鲁棒性，可检测性和隐蔽性条件。
2022-09-28 cs.SY eess.SY
Risk-based Classical Failure Mode and Effect Analysis (FMEA) of Microgrid Cyber-physical Energy Systems
现代微电网是包括用于联网、计算和监控的物理和网络组件的联网系统。这些网络组件使微电网更可靠，但增加了系统的复杂性。因此，风险评估方法是网络物理系统确保安全运营的必要技术。作者提出了一种可靠性方法，利用电力和网络关键部件的故障模式来执行微电网的风险分析。在这项工作中，作者使用了故障模式和影响分析（FMEA）的方法进行微电网系统的风险评估，并确定各种故障模式对其性能的影响。FMEA是评估网络组件风险的最有效方法之一。它是检查组件、模块和子系统的方法，以确定系统中的故障模式及其原因和后果。提出了一种新的方法来计算风险优先数的基础上的因素，如严重性，发生率和检测。风险矩阵是根据建议的FMEA工作表计算的，该工作表作为一种图形表示，用于根据风险优先级或关键性指标评估组件风险。
2021-08-23 cs.SY eess.SY
Targeted Algorithmic Purpose-Driven Cyber Attacks in Distributed Multi-Agent Optimization
针对分布式多智能体优化现有攻击无法实现特定目标的缺陷，本文提出参与智能体发起的目标驱动算法攻击，建立其原对偶理论基础，通过电动汽车充电仿真验证了攻击有效性。
2025-11-17 cs.SY eess.SY
A Review of Detection, Evolution, and Data Reconstruction Strategies for False Data Injection Attacks in Power Cyber-Physical Systems
该综述梳理了电力信息物理系统中虚假数据注入攻击的检测、演化及数据重构策略，分析现有方法的挑战与关键问题，提出未来研究方向，助力电力CPS安全运行。
2025-01-13 cs.CR cs.SY eess.SY
Losing Control of your Network? Try Resilience Theory
针对信息物理网络中节点对部分执行器失去控制权导致网络失稳的问题，提出了网络弹性条件以评估系统脆弱性，并量化了故障对非弹性子系统的破坏性影响。
2024-02-16 cs.SY eess.SY
Enhancing power grid resilience to cyber-physical attacks using distributed retail electricity markets
针对配电网信息物理攻击导致的供电缺口，本文提出层级零售市场机制，通过价格信号协调剩余机组灵活性、备用及柔性负荷，减少主网进口电力并公平补偿产消者。
2024-07-02 cs.SY eess.SY math.OC
Holistic Cyber-Physical Management for Dependable Wireless Control Systems
Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本文提出整体网络物理管理框架，通过运行时协调植物控制与网络管理，提升工业无线控制的可靠性，减少无线资源消耗，并通过案例研究验证其在对抗无线干扰和物理扰动方面的有效性。
2017-05-04 cs.SY eess.SY
Sensor-Driven Mission Synthesis for UAV/UGV Swarms: A TB-CSPN Coordination Architecture with Hardware-Enforced Safety
Institute for Software Technology, University of the Bundeswehr Munich（慕尼黑联邦国防军大学软件技术研究所）；Department of Computer Science, Sapienza University of Rome（罗马大学计算机科学系）；SofTware And Knowledge Engineering Lab（软件与知识工程实验室）
本文提出一种具备硬件强制安全保障的TB-CSPN协同架构，用于异构无人机/无人车集群，结合多模态传感器观测，通过顾问与监督智能体实现可审计的决策路径，提升对抗环境下的韧性，经沿海监视案例验证其有效性。
2026-08-17 cs.AI cs.SY eess.SY
Using AoI Forecasts in Communicating and Robust Distributed Model-Predictive Control
为了提高信息物理系统的性能，本文提出了分布式控制器的集成设计，用于分布式对象和通信网络的控制。传统的设计方法在两个实体之间使用静态接口，因此依赖于最坏情况下的通信延迟估计，通常导致整个系统的保守行为。相比之下，本方法建立了一个强大的分布式模型预测控制方案，其中的本地子系统控制器操作下的一个可变的communicationschedule，是由网络控制器预测的假设。使用适当的通信网络模型，网络控制器应用预测网络策略来调度整个网络中的子系统控制器之间的通信。给出了信息时代的时变预测，证明了在何种条件下，子系统的稳定器能鲁棒地稳定分布式系统。为了说明这种方法，本文还报告了应用到一个车辆排队的情况。
2021-03-09 cs.SY eess.SY
Multi-Agent Learning for Resilient Distributed Control Systems
弹性描述了系统在干扰和威胁下运行的能力。包括智能电网和交通网络在内的许多关键基础设施都是由许多相互依赖的子系统组成的大规模复杂系统。分散式架构成为大规模系统的关键弹性设计范式。在这本书的章节中，我们提出了一个多智能体系统（MAS）的分布式大规模控制系统的框架，并讨论了MAS学习弹性的作用。本章介绍了在MAS中创建人工智能（AI）堆栈，为子系统提供检测、响应和恢复的计算智能。我们讨论了学习方法在系统的网络层和物理层的应用。讨论的重点是子系统的分布式学习算法，以响应对方，和博弈论的学习，他们响应干扰和敌对行为。本书的章节介绍了分布式可再生能源系统的案例研究，以详细说明MAS架构及其与AI堆栈的接口。
2022-08-09 cs.SY eess.SY
Distributed Control Design for Heterogeneous Interconnected Systems
本文提出了异构和部分异构系统的可扩展控制器综合方法。首先，异构系统被认为是由不同的子系统互连的有向图。从鲁棒和增益调度控制器的综合技术，特别是全块S-过程，处理分散系统部分在标称条件下，与互连部分在乘法器的条件。在某些结构假设下，我们可以将综合条件分解为各个子系统的大小。为了解决这些分解的综合条件，耦合只有在相邻的子系统，我们提出了一种分布式方法的基础上交替方向法的乘子。它只需要最近的邻居通信，不需要中央协调。然后，引入了一种新的系统分类，该分类由具有不同互连类型的同质子系统组组成。这种分类包括作为最一般情况的异构系统和作为最具体情况的同构系统。基于这种分类，我们展示了如何互联系统模型和分解的合成条件，可以制定一个更紧凑的方式。所提出的方法相对于越来越多的子系统和互连的计算可扩展性进行了分析，并在数值例子中证明了结果。
2020-04-10 cs.SY eess.SY
An Adaptive Cyber-Resilient Framework for P2P Energy Trading under Optimal Stealthy Attacks
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）
针对P2P能源交易面临的最优隐蔽攻击问题，本文设计含马氏距离增强检测器与自适应rho缓解策略的网络弹性框架，实现98.49%的攻击检测准确率，降低约18.43%运行成本，为安全P2P能源交易提供可行方案。
2026-10-14 cs.SY eess.SY
Empowering cyberphysical systems of systems with intelligence
网络物理系统已经进入了一个过渡阶段，从单个系统到一个系统的集体，这些系统协作以实现一个高度复杂的事业，实现一个系统的系统方法。汽车领域一直在向系统方法的系统过渡，旨在提供一系列紧急功能，如交通管理，协同车队管理或大规模汽车适应物理环境，从而提供显着的环境效益（例如减少空气污染）并实现显着的社会影响。同样，大型基础设施领域正在演变成全球性的、高度集成的网络物理系统，覆盖价值链的所有部分。在实践中，CPSoS的适用性和可用性面临着重大挑战，即使是一辆小汽车，CPSoS也包括几个子系统。CPSoS是异构系统。它们由各种自主的CPS组成，每个CPS都具有独特的性能、关键性级别、优先级和追求的目标。所有CPS还必须协调地追求基于系统的成就，并进行协作，以便做出基于系统的决策并实现CPSoS功能。这项调查将对互联网络物理系统中当前的最佳实践进行全面审查。我们调查的基础是一个双层架构，包括感知层和行为层。深入研究了场景理解（目标检测和跟踪，姿态估计），定位映射和路径规划方面的感知算法。行为部分侧重于决策和人在回路控制。
2021-07-05 cs.SY eess.SY
A Timing-Based Framework for Designing Resilient Cyber-Physical Systems under Safety Constraint
信息物理系统（CPS）需要满足各种应用领域（如机器人、工业制造系统和电力系统）的安全约束。故障和网络攻击已被证明会导致安全违规，这可能会损坏系统并危及人类生命。已经提出了弹性架构，以通过包括冗余和从安全操作条件重启的方法来确保CPS在此类故障和攻击下的安全性。现有的CPS弹性架构利用不同的机制来保证安全性，目前还没有方法来比较它们。此外，对采用一种体系结构的CPS进行的分析和设计不容易扩展到另一种体系结构。在本文中，我们提出了一个基于时间的框架CPS采用各种弹性架构，并开发了一个通用的方法，安全分析和计算的控制策略和设计参数。利用网络子系统在有限数量的状态中的一种状态下运行的洞察力，我们首先开发了一个混杂系统模型，该模型捕获采用任何这些架构的CPS。基于混杂系统，我们制定了联合计算的控制策略和相关的定时参数CPS，以满足给定的安全约束的问题，并获得了解决方案的充分条件。利用推导出的条件，我们提供了一个算法来计算控制策略和时序参数相关的雇用架构。我们还注意到，我们的解决方案可以应用于广泛的一类CPS与多项式动力学，也允许纳入新的架构。我们验证了我们提出的框架进行案例研究，自适应巡航控制的车辆。
2022-09-01 cs.SY eess.SY
Control Communication Co-Design for Wide Area Cyber-Physical Systems
广域网络物理系统（WA-CPS）是一类控制系统，它将低功耗传感器、异构执行器和计算机控制器集成到跨越数公里距离的大型基础设施中。当前的无线通信技术不能满足控制WA-CPS所需的范围和有限延迟的通信要求。为了解决这个问题，我们使用的WA-CPS的控制-通信协同设计方法，我们称之为$C^3$方法，设计一种新的低功耗广域（LPWA）MAC协议称为\textit{Ctrl-MAC}及其相关的事件触发控制器，可以保证WA-CPS的闭环稳定性。这是第一篇表明LPWA无线通信技术可以支持WA-CPS控制的论文。LPWA技术旨在支持单向通信以进行监控，不适用于控制。我们提出这项工作使用的配水网络应用程序，我们通过一个共同模拟器（模拟物理和网络子系统）和测试台部署进行评估的一个例子。我们的评估证明了完全的控制稳定性，与最先进的LPWA技术相比，$50$的数据包传输率提高了$50$ \%，平均端到端延迟降低了$80$ \%。我们还评估了我们的计划对一个理想化的，有线的，集中的，控制架构，并显示控制器保持稳定性和过冲保持在范围内。
2020-08-17 cs.NI cs.SY eess.SY
Fast Feedback Control over Multi-hop Wireless Networks with Mode Changes and Stability Guarantees
快速、长距离地闭合反馈回路是新兴网络物理应用的关键;例如，机器人运动控制和群体协调需要数十毫秒的更新间隔。低功率无线通信技术由于其低成本、小形状因子和灵活性而被优选，特别是在设备支持多跳通信的情况下。然而，到目前为止，多跳低功率无线网络上的反馈控制仅被证明用于秒量级的更新间隔。为了填补这一空白，本文提出了一种无线嵌入式系统，该系统支持动态模式改变并驯服损害控制性能的缺陷（例如，抖动和消息丢失），以及利用该系统的基本特性来可证明地保证在存在模式改变的情况下具有线性时不变动态的物理过程的闭环稳定性的控制设计。使用网络物理实验台与20个无线设备和多个推车杆系统，我们是第一个演示和评估反馈控制和协调模式变化的多跳网络的更新间隔为20至50毫秒。
2019-09-19 cs.MA cs.SY eess.SY
Temporal Property-driven Design Space Exploration with Reinforcement Learning for Cyber-Physical Systems
SnT, University of Luxembourg（卢森堡大学 SnT）
该研究针对网络物理系统设计空间探索的难题，提出基于强化学习的时间属性驱动工作流，在矿用泵CPS案例中，其引导搜索需更少仿真次数即可找到最优设计。
2026-09-01 cs.SY eess.SY
Optimal and Coordinated Voltage Control: Case Study on a 132 kV Norwegian Grid Subsystem
本研究提出分层电压调节高层动态性能评估框架，通过挪威132kV电网子系统案例验证，实现SVR-TVR协调，在实际运行场景中减少有功损耗并维持电压与无功稳定，为控制中心日常管理提供支撑。
2025-02-14 cs.SY eess.SY
DeepCAS: A Deep Reinforcement Learning Algorithm for Control-Aware Scheduling
Paderborn University（帕德博恩大学）
本文提出DeepCAS算法，通过深度强化学习实现控制感知调度，优化子系统控制器并最小化控制损失，实验证明其优于周期性调度。
2018-06-13 cs.AI cs.SY eess.SY
GeoShield: Byzantine Fault Detection and Recovery for Geo-Distributed Real-Time Cyber-Physical Systems
针对地理分布式实时CPS易遭拜占庭攻击、现有容错方案不适配资源受限实时场景的问题，提出GeoShield方案，通过有界时间故障检测与恢复机制，无需可信硬件即可高效保障系统安全，性能优于现有方法。
2025-11-19 cs.CR cs.DC cs.SY
Securing Safety in Collaborative Cyber-Physical Systems through Fault Criticality Analysis
协同网络物理系统（CCPS）是包含紧密耦合的物理和网络组件、大规模互连的子系统并协作以实现共同目标的系统。单个信息物理系统（CPS）的安全性可以通过遵循ISO 26262和IEC 61508等安全标准或应用危害分析技术来实现。然而，由于复杂的，高度互连的，异构的，和协作的CCPS的性质，在一个CPS的组件的故障可以触发许多其他故障在其他合作CPS。因此，基于故障危害度分析的安全保证技术将需要确保CCPS的安全性。本文提出了一种在CPSTracer中实现的故障关键度矩阵（Fault Criticality Matrix，FCM），它包含了已识别故障、故障关键度、安全防护等数据。所提出的FCM基于复合危险分析和危险分析工件之间基于内容的关系，并确保安全防护在设计时控制已识别故障;从而可以在设计阶段对故障进行有效的管理和控制，保证CPS的安全开发。为了验证我们的方法，我们介绍了一个案例研究的排队系统（协作CPS）。我们使用FCM在我们开发的工具进行车队系统的关键性分析。在详细的故障严重度分析后，我们调查的结果，以检查两个研究问题的适当性和有效性。此外，通过对排队进行仿真，我们表明，不使用FCM的排队系统的碰撞率是相当高的碰撞率的系统后，使用FCM分析故障的严重性。
2023-03-10 cs.PF cs.SE cs.SY
Modeling Method for the Coupling Relations of Microgrid Cyber-Physical Systems Driven by Hybrid Spatiotemporal Events
微电网信息物理系统（CPS）的本质在于信息流和能量流的循环转换。现有的耦合模型大多采用静态网络和接口结构建模，没有充分考虑数据流的闭环特性。这些模型难以准确描述微电网CPS攻击识别、风险传播、安全评估、防御控制、连锁故障等时空推演过程。针对这一问题，提出了一种混合时空事件驱动的微电网CPS耦合关系建模方法。首先，根据微电网CPS的拓扑关联和耦合逻辑，分析了信息流和能量流的循环转换机制，构建了以多Agent为核心的微电网CPS体系结构。其次，采用混合自动机描述CPS的时空演化特性，设计了多Agent CPS终端的任务协调机制。在此基础上，提出了一种基于异构多组的CPS离散-连续关联和终端结构特征表示方法。最后定义了状态感知、网络通信、智能决策和动作控制四个时空事件。在考虑信息流和能量流时间转换约束的基础上，建立了微电网CPS耦合模型，并通过仿真虚假数据注入攻击（FDIA）场景验证了模型的有效性。
2021-02-01 cs.SY eess.SP eess.SY
A Two-layer Decentralized Control Architecture for DER Coordination
Stanford University（斯坦福大学）
本文提出了一种双层分布式能源资源协调架构，该架构允许数据独立所有，能够在存在大缓冲延迟的数据下运行，并采用新的功率质量度量标准。该架构由一个集中式模型预测控制器（MPC）和多个独立运行的去中心化MPC组成，这些控制器之间没有直接通信，且与集中式控制器通信频繁。目标是通过最小化总能源成本和功率质量度量，同时遵守网络物理约束。集中式控制器使用快速交流最优功率流（OPF）求解器和广泛并行化来扩展解决方案以适应大规模网络。每个本地控制器试图最大化套利利润，同时遵循由集中式控制器规定的负载曲线和约束。进行了大量模拟，以在两种配电网络下测试各种可能的存储和太阳能渗透率情况。模拟结果表明，（i）双层架构相比无协调可实现功率质量的十倍提升，同时在中等存储渗透率下几乎捕获所有可用套利利润；（ii）当太阳能和存储更广泛分布在网络中时，功率质量和套利利润均被优化，因此更有效将存储安装在消费者附近。
2018-11-01 cs.SY eess.SP eess.SY
Robust performance for switched systems with constrained switching and its application to weakly hard real-time control systems
本文提出了一个基于耗散性理论和线性矩阵不等式的框架，用于分析和设计具有约束切换的切换系统的鲁棒二次性能控制器，并成功应用于不确定弱硬实时控制系统。
2024-11-13 cs.SY eess.SY math.OC
Sparse add-on controller design: A Youla approach to system-level performance
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；ASML（阿斯麦）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
提出一种基于Youla参数化的稀疏附加控制器设计框架，通过凸优化求解稀疏H2综合问题，实现系统级性能与互联复杂度的最优权衡。
2026-06-19 cs.SY eess.SY
Cyber-physical Control of Road Freight Transport
ACCESS Linnaeus Centre and the Department of Automatic Control, School of Electrical Engineering, KTH Royal Institute of Technology（ACCESS林奈斯中心，电气工程学院自动控制系，瑞典皇家理工学院）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Scania CV AB（斯堪尼亚商用车公司）
本文探讨如何利用现代信息技术实现网络物理运输系统架构，通过协调卡车车队实现节能降耗，展示协同控制策略在货运中的应用与效果。
2015-07-13 cs.SY eess.SY
A Moving Target Defense for Securing Cyber-Physical Systems
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Washington University in St. Louis（华盛顿大学圣路易斯分校）
本文研究了针对网络物理系统攻击的多移动目标防御设计与分析，提出通过引入随机时变参数来限制攻击者的模型知识并抑制其构建隐蔽攻击序列的能力，同时探讨了混合系统、扩展系统和传感器非线性性三种主要设计方法。
2020-07-07 cs.SY eess.SY
IDDMBSE: Integrating Data-Driven and Model-Based Systems Engineering for Trusted Autonomous Cyber-Physical Systems
Institute for Systems Research, University of Maryland, College Park（系统研究所，马里兰大学，College Park）
提出IDDMBSE方法，将MBSE V流程与数据驱动循环结合，通过开源工具链PERFECT、TRADES-X和VERITAS实现，在自主地面机器人全生命周期验证其有效性。
2026-06-04 cs.RO cs.SY eess.SY
Stateful Pricing and Allocation for Repeated Constrained DER Coordination in Distribution Networks
Imperial College London（帝国理工学院）；Energy Queensland（昆士兰能源）；Black Japan Group（黑日本集团）；Queensland University of Technology（昆士兰科技大学）
提出自动市场做市商（AMM）机制，结合公平状态、电压感知信号和双层架构，在无热违规下将未服务灵活需求降低76%，出口削减减少24.5%，年际Jain指数达0.9998。
2026-06-23 cs.SY eess.SY
Data-driven Control Against False Data Injection Attacks
本文针对未知线性系统在执行器遭受FDI攻击且缺乏明确模型的问题，利用输入状态数据设计动态状态反馈控制器，通过即时求解两个半定规划适应攻击通道切换，实现指数稳定并有效减轻攻击影响。
2024-06-05 cs.SY eess.SY
Distributed remote estimation over the collision channel with and without local communication
物联网和网络物理系统的出现需要以自主和分布式方式协调对有限通信资源的访问。本文考虑了具有n个传感器的无线传感系统的最优设计问题，其中n个传感器通过有限容量k（k < n）的冲突信道与融合中心通信。特别是，它示出的问题，最小化的均方误差受到基于阈值的策略在发射机是准凸的。因此，可以应用低复杂度的数值优化方法。当传感器之间的协调是不可能的，最优阈值策略的性能接近的集中下限。由于分散化的损失是彻底的特点。传感器之间的本地通信（使用稀疏连接图），使在线学习的统计模型的未知参数。这些学习的参数被用来本地和自主地计算期望的阈值。研究和分析了基于神经网络的参数估计策略。一种策略接近分散式方法的性能，具有快速收敛性，第二种策略接近集中式方法的性能，尽管收敛较慢。提出了一种结合两种方法优点的混合算法，具有收敛速度快、收敛性能好的特点。
2020-05-23 cs.SY eess.SY
Cross-Atlantic Research Agenda for Scalable Grid Architectures and Distributed Flexibility
University of Vermont（佛蒙特大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）；Aalborg University（奥尔堡大学）；Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本文提出通过层状网络物理设计实现可扩展和可靠协调，以解决分布式能源资源在多尺度下的灵活性问题，并通过案例研究展示其在美丹两国的应用效果。
2026-04-21 cs.SY eess.SY
Dissipativity-Based Synthesis of Distributed Control and Communication Topology Co-Design for AC Microgrids
Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）；University of Notre Dame（圣母大学）
本文提出基于耗散性的框架，用于交流微电网的分布式控制器与通信拓扑联合设计，通过优化通信拓扑实现电压调节、频率同步和比例功率分配。
2026-04-14 cs.SY eess.SY
Karma Mechanisms for Decentralised, Cooperative Multi Agent Path Finding
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本文提出基于 Karma 机制的去中心化协作 MAPF 框架，通过非交易性信用机制平衡智能体的重规划努力，减少服务时间差异，提升整体效率。
2026-04-09 cs.RO cs.SY eess.SY
Multi-Agent Reinforcement Learning for Pragmatic Communication and Control
University of Bologna（博洛尼亚大学）；University of Padova（帕多瓦大学）；Aalborg University（奥尔堡大学）
在工业4.0范式的推动下，工厂和制造流程的自动化在过去几年中一直在加速，包括具有移动灵活代理的各种场景。移动机器人之间的有效协调需要在高度动态的环境中进行可靠的无线传输，通常具有严格的时序要求。目标导向的沟通是一个可能的解决方案，这个问题：沟通决策应优化的目标控制任务，提供最相关的信息，以决定采取何种行动。从控制的角度来看，网络控制设计考虑到通信障碍，在其优化的物理行为。在这项工作中，我们提出了一个联合设计，结合面向目标的通信和网络控制到一个单一的优化模型，一个多智能体POMDP，我们称之为网络物理POMDP（CP-POMDP）的扩展。该模型是灵活的，足以代表几个群体和合作的情况下，我们说明了它的潜力与两个简单的参考方案，一个单一的代理和一组支持传感器。通信和控制系统的联合训练可以显著提高整体性能，特别是在通信受到严重限制的情况下，甚至可以导致通信动作的隐式协调。
2023-02-28 cs.AI cs.NI cs.RO
