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基于LSSVM的核电厂稳压器压力控制系统隐蔽攻击方法研究

王东风 李其贤 黄宇 徐璟 王彪

王东风, 李其贤, 黄宇, 徐璟, 王彪. 基于LSSVM的核电厂稳压器压力控制系统隐蔽攻击方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 133-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0133
引用本文: 王东风, 李其贤, 黄宇, 徐璟, 王彪. 基于LSSVM的核电厂稳压器压力控制系统隐蔽攻击方法研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(1): 133-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0133
Wang Dongfeng, Li Qixian, Huang Yu, Xu Jing, Wang Biao. LSSVM Based Covert Attack Method Research on Pressure Control System of Pressurizer in Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 133-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0133
Citation: Wang Dongfeng, Li Qixian, Huang Yu, Xu Jing, Wang Biao. LSSVM Based Covert Attack Method Research on Pressure Control System of Pressurizer in Nuclear Power Plant[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(1): 133-140. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0133

基于LSSVM的核电厂稳压器压力控制系统隐蔽攻击方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.01.0133
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金(2021MS089)
详细信息
    作者简介:

    王东风(1971—),男,教授,主要从事先进控制理论及应用等方面的研究,E-mail: wangdongfeng@ncepu.edu.cn

    通讯作者:

    黄 宇,E-mail: huangyufish@ncepu.edu.cn

  • 中图分类号: TL48; TP273

LSSVM Based Covert Attack Method Research on Pressure Control System of Pressurizer in Nuclear Power Plant

  • 摘要: 隐蔽攻击对大型核电厂稳压器压力控制系统的安全、稳定、高效运行构成了严重威胁,实现隐蔽攻击的关键是建立高精度的对象估计模型。本文提出了一种基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的隐蔽攻击方法,通过LSSVM算法进行系统辨识,获得稳压器受攻击区域高精度的估计模型,随后利用该估计模型结合隐蔽控制器实施攻击,实现稳压器压力控制系统在无噪声、有噪声及包含非线性环节情况下的隐蔽攻击。仿真结果表明,该攻击方式对稳压器压力控制系统造成一定破坏的同时具有高度的隐蔽性。

     

  • 图  1  反馈型隐蔽攻击结构

    n—噪声信号值;y—被控对象的输出信号值;u —被控对象的输入信号值; η—隐蔽攻击器反馈输出信号值;ηref—隐蔽控制器的设定值;Π—辨识模型;Θ—隐蔽控制器数学模型;μ—隐蔽攻击器前馈输出信号值;ycm—实际控制器接收到的反馈信号值;yref—实际控制器的设定值;uc—实际控制器发出的控制指令;C—实际控制器数学模型;D—异常检测器数学模型

    Figure  1.  Feedback Covert Attack Structure

    图  2  隐蔽攻击器设计流程图

    Figure  2.  Design Flow Chart of Covert Attackers

    图  3  拟合误差适应度函数曲线

    Figure  3.  Fitting Error Fitness Function Curve

    图  4  不同系统模型下闭环控制系统的响应结果

    Figure  4.  Response Results of Closed-Loop Control System under Different System Models

    图  5  有攻击和无攻击情况下被控对象输出响应结果

    Figure  5.  Output Response Results of Controlled Object with and without Attack

    图  6  不同攻击情况下稳压器观测器捕获数据

    Figure  6.  Data Captured by Pressurizer Observer under Different Attacks

    图  7  不同攻击情况下实际控制器反馈信号差异值

    Figure  7.  Feedback Signal Difference of Actual Controller under Different Attacks     

    图  8  不同攻击情况下稳压器观测器捕获的数据

    Figure  8.  Data Captured by Pressurizer Observer under Different Attacks  

    图  9  有噪声情况下控制器反馈信号差异值

    Figure  9.  Difference Value of Controller Feedback Signal in the Presence of Noise

    图  10  不同攻击情况下稳压器观测器捕获的数据

    Figure  10.  Data Captured by Pressurizer Observer under Different Attacks     

    表  1  不同系统模型下ycmuc的拟合误差对比

    Table  1.   Comparison of Fitting Errors between ycm and uc under Different System Models

    辨识模型对比信号平均绝对值误差/MPa最大误差/MPa
    LSSVMycm0.00182080.0107367
    uc0.18868991.0912147
    SVRycm0.05277240.3051055
    uc6.226450332.1575928
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    表  2  不同攻击情况下差异值的数学统计结果

    Table  2.   Mathematical Statistical Results of Difference Values under Different Attacks

    模型差异值最
    大值/MPa
    差异值均
    值/MPa
    差异值方
    差/MPa2
    SVR算法模型0.06497610.01089550.0006183
    LSSVM算法模型0.00154563.4836334×10−54.4064589×10−7
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-04
  • 修回日期:  2021-01-20
  • 刊出日期:  2022-02-01

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