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http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68275| Título : | Diseño de un controlador adaptativo para el control de nivel de tres tanques interconectados bajo ataques de inyección de retardos en el sistema de control industrial |
| Autor : | Cueva Tumbaco, José Enrique Herrera Muentes, Efrén Vinicio, Director |
| Palabras clave : | Controlador Adaptativo Ciberseguridad Sistemas de Control Industrial Inyección de Retardos Estimación de Parámetros |
| Fecha de publicación : | 2025 |
| Editorial : | ESPOL.FIEC |
| Citación : | Cueva Tumbaco J.E. (2025) Diseño de un controlador adaptativo para el control de nivel de tres tanques interconectados bajo ataques de inyección de retardos en el sistema de control industrial [Proyecto Titulación] Escuela Superior Politécnica del Litoral |
| Resumen : | The objective of this work is to design an adaptive controller to maintain the level of a three-tank interconnected system under delay injection attacks. The proposal consists of estimating the delay introduced by the attacker and using this information to adapt the Proportional Integral Derivative (PID) controller to mitigate the effects caused by the attacker and, thus, allow the system to operate normally. The development of the work consisted of the mathematical modeling of the three-tank plant with its respective PID control system in the SIMULINK environment. To emulate the attacking injections, time-delay injections into the feedback and feedforward channels were simulated. For the delay estimation, the Grey-Box system identification technique using the Recursive Least Squares Method (RLSM) was employed. Finally, an adaptive PID controller was designed and implemented, whose gains are adjusted based on the delay estimation. The obtained results showed that time-delay injection attacks severely affect the performance of a conventional PID controller, leading the system to instability. In contrast, the adaptive PID controller that was used successfully mitigated the attack, preserving system stability for up to 200 seconds, even under attack conditions. The comparative study corroborated the greater robustness of the adaptive scheme. It is concluded that the insertion of an estimation mechanism together with an adaptive control strategy is a suitable solution for defending Industrial Control Systems (ICS) against cyber threats such as time-delay injection. This proposal enhances the resilience of ICS, thereby increasing the operability of critical infrastructures by offering availability, security, and reliability. Keywords: Adaptive Controller, Cybersecurity, Industrial Control Systems, Delay Injection, Parameter Estimation. |
| Descripción : | El trabajo tiene por objetivo diseñar un controlador adaptativo, que mantenga el nivel de un sistema de tres tanques interconectados, bajo ataques de inyección de retardos. La propuesta consiste en estimar el retardo que introduce el atacante y aprovechar dicha información para adaptar el controlador Proporcional Integral Derivativo (PID) con el objetivo de mitigar los efectos provocados por el atacante, con ello, permitir que el sistema funcione con normalidad. El desarrollo del trabajo ha consistido en el modelado matemático de la planta de tres tanques interconectados con su respectivo sistema de control PID en el entorno SIMULINK. Para ello, se simuló la inyección de retardos de tiempo a los canales de feedback y feedforward para emular las inyecciones atacantes, mientras que para la estimación de los retardos se empleó la técnica de identificación de sistemas de caja gris mediante el Método de Mínimos Cuadrados Recursivos (RLSM). Finalmente, se diseñó e implementó un controlador PID adaptativo cuyas ganancias se ajustan a partir de la estimación del retardo. Los resultados obtenidos mostraron que los ataques de inyecciones de retardo afectan de forma severa el desempeño de un controlador PID convencional, llevando el sistema a la inestabilidad. En contraste, el controlador adaptativo PID que se utilizó logró una mitigación del ataque, preservando la estabilidad del sistema en hasta 200 segundos, incluso bajo condiciones de ataque. El estudio comparativo corroboró la mayor robustez del esquema adaptativo. Se concluye que la inserción de un mecanismo de estimación junto con una estrategia de control adaptativa es una solución adecuada para defender los Sistemas de Control Industrial (ICS) contra amenazas cibernéticas como es la inyección de retardos. Esta propuesta fortalece la resiliencia de los ICS, aumentando así la operabilidad de las infraestructuras críticas ofreciendo disponibilidad, seguridad y confiabilidad. |
| URI : | http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/68275 |
| Aparece en las colecciones: | Tesis de Maestría en Automatización y Control |
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