Initial-State Observability of Mealy-Based Finite-State Machine With Nondeterministic Output Functions

可观测性 不确定性算法 有限状态机 国家(计算机科学) 计算机科学 基质(化学分析) 事件(粒子物理) 控制理论(社会学) 数学 算法 应用数学 人工智能 控制(管理) 材料科学 物理 量子力学 复合材料
作者
Zhipeng Zhang,Chengyi Xia,Jun Fu,Zengqiang Chen
出处
期刊:IEEE transactions on systems, man, and cybernetics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:52 (10): 6396-6405 被引量:41
标识
DOI:10.1109/tsmc.2022.3145449
摘要

In mobile systems or the failure detection applications, the output for some input event is state-dependent and nondeterministic after intermittent sensor failures or measurement uncertainties, which does not hold under the conventional observability hypothesis. In this article, such cases can be modeled by a Mealy-based finite-state machine (FSM) with nondeterministic output functions, and we investigate the “initial-state” observability by use of matrix semitensor product (matrix-STP). First, to characterize the nondeterministic output functions, a virtual state set consisting of state–event pairs is introduced to obtain an augmented FSM. By resorting to the matrix-STP, the algebraic expression of augmented FSM is proposed. Subsequently, based on the newly constructed model, the initial-state observability can be verified by checking the distinguishability of state trajectories of the augmented FSM. Meanwhile, the necessary and sufficient condition for such initial-state observability is derived from a discriminant matrix consisting of polynomial elements. Finally, numerical examples show the validity of the proposed method. The current results are further conducive to explore the critical safety of cyber–physical systems in many real-world systems.
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