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http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/10053| metadata.dc.type: | Trabalho de Conclusão de Curso |
| Title: | Controle de sistemas ciberfísicos baseado em defesa de alvo móvel |
| metadata.dc.creator: | Reis, João Felipe de Andrade |
| metadata.dc.contributor.advisor1: | Bessa, Iury Valente de |
| metadata.dc.contributor.referee1: | Ayres Júnior, Florindo Antonio de Carvalho |
| metadata.dc.contributor.referee2: | Vitório, Andevaldo da Encarnação |
| metadata.dc.description.resumo: | Este trabalho propõe e valida uma arquitetura de segurança cibernética baseada em Defesa de Alvo Móvel (MTD, do inglês Moving Target Defense) para a proteção de Sistemas Ciberfísicos (CPS), com foco na regulação de tensão de um conversor eletrônico CC-CC do tipo Boost. Sistemas de controle modernos, embora altamente eficientes, são inerentemente vulneráveis a ataques furtivos de Injeção de Falsos Dados (FDI), capazes de corromper a leitura de sensores e manipular o esforço de controle sem disparar alarmes convencionais. Para mitigar essa ameaça, a arquitetura desenvolvida integra uma camada de defesa proativa e uma reativa. A camada proativa promove a comutação estocástica entre um banco de controladores ótimos (LQR com ação integral) e observadores de estado, alterando dinamicamente as matrizes de ganho e os sensores ativos (tensão e corrente). A estabilidade global do sistema chaveado foi assegurada pelo cálculo do tempo mínimo de permanência (dwell-time) utilizando Desigualdades Matriciais Lineares (LMI) baseadas na Teoria de Estabilidade de Lyapunov. A camada reativa, por sua vez, emprega a Integral do Erro de Bellman para monitorar discrepâncias nas equações do observador de estados. Os resultados obtidos em simulação no ambiente computacional Python comprovam que, sob ataque FDI contínuo, a planta sem MTD sofre uma sobretensão severa devido à divergência de estimação matemática, ao passo que a ativação da arquitetura MTD invalida o aprendizado estático do invasor, detectando a injeção anômala de dados e limitando o impacto físico a oscilações aceitáveis de tensão, garantindo a integridade do conversor operando em malha fechada. |
| Abstract: | This work proposes and validates a cybersecurity architecture based on Moving Target Defense (MTD) for the protection of cyber-physical systems (cps), focusing on the voltage regulation of a DC-DC Boost converter. Modern control systems, while highly efficient, are inherently vulnerable to stealthy False Data Injection (FDI) attacks, which can corrupt sensor readings and manipulate the physical control effort without triggering conventional alarms. To mitigate this threat, the developed architecture integrates a proactive and a reactive defense layer. The proactive layer promotes stochastic switching among a bank of optimal controllers (LQR with integral action) and state observers, dynamically altering the gain matrices and active sensors (voltage and current). Global stability of the switched system was ensured by calculating the minimum dwell-time using Linear Matrix Inequalities (LMI) based on Lyapunov Stability Theory. The reactive layer, in turn, employs the Bellman Error Integral to monitor discrepancies in the equations of the state observer. Simulation results obtained in a Python computational environment prove that, under a continuous FDI attack, the baseline plant without MTD suffers severe overvoltage due to mathematical estimation divergence, whereas the activation of the MTD architecture invalidates the attacker's static learning, detecting the anomalous data injection and limiting the physical impact to acceptable voltage oscillations, guaranteeing the integrity and resilience of the closed-loop converter. |
| Keywords: | Sistemas ciberfísicos Defesa de alvo móvel Injeção de dados falsos Regulador quadrático linear Filtro de Kalman |
| metadata.dc.subject.cnpq: | ENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICA |
| metadata.dc.language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| metadata.dc.publisher.department: | FEEC - Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação |
| metadata.dc.publisher.course: | Engenharia da Computação - Bacharelado - Manaus |
| metadata.dc.rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| URI: | http://riu.ufam.edu.br/handle/prefix/10053 |
| Appears in Collections: | Trabalho de Conclusão de Curso - Graduação - Engenharias |
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