CSR---CPS: Design of Robust and Energy Efficient Cyber-Physical Systems Using Dynamical Systems and Control Theory
CSR---CPS:利用动力系统和控制理论设计鲁棒且节能的信息物理系统
基本信息
- 批准号:0720541
- 负责人:
- 金额:$ 10万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2007
- 资助国家:美国
- 起止时间:2007-08-01 至 2009-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
This research effort is focused on developing formal methods for modeling dynamics and supporting robustness analysis of cyber-physical systems, using tools from dynamical systems theory, control theory and computer science. Specifically, the project addresses the need to develop efficient techniques for uncertainty propagation that exists due to operational uncertainties arising from time-varying task sets and control impediments present in cyber-physical systems. The approach is to abstract cyber-physical systems as distributed embedded systems with heterogeneous architecture platforms and multi-functional paradigms. Such abstractions are required to accomplish real-time, multi-mode operations with tasks allocated at run-time, and in the presence of uncertainty. The operational uncertainties considered include those due to varying task loads caused by operational mode changes, the failure of a few elements when deployed in a hostile environment, transient computational overloads and communication delays. Key technical thrusts in this research include developing methods for uncertainty management in embedded systems based on methods of ergodic theory, set-oriented numerical techniques, multi-scale Markov chain approximations of dynamics and spectral graph partitioning and aggregation concepts; modeling of cyber-physical tasks using sampling methods and finite horizon estimation techniques; and providing Lyapunov certificates for robust performance of cyber-physical systems. Using such a framework in system development is expected to significantly improve the reliability of cyber-physical systems.
这项研究工作的重点是利用动力系统理论、控制理论和计算机科学的工具,开发动态建模的正式方法并支持网络物理系统的鲁棒性分析。具体来说,该项目解决了开发有效的不确定性传播技术的需求,这种不确定性传播是由于时变任务集和网络物理系统中存在的控制障碍而产生的操作不确定性而存在的。 该方法是将网络物理系统抽象为具有异构架构平台和多功能范例的分布式嵌入式系统。需要这样的抽象来完成实时、多模式操作,以及在运行时分配的任务,并且存在不确定性。所考虑的操作不确定性包括由于操作模式变化引起的任务负载变化、部署在敌对环境中时一些元件的故障、瞬时计算过载和通信延迟而导致的操作不确定性。 本研究的关键技术重点包括开发基于遍历理论方法、面向集合的数值技术、动力学的多尺度马尔可夫链近似以及谱图划分和聚合概念的嵌入式系统中的不确定性管理方法;使用采样方法和有限视野估计技术对网络物理任务进行建模;并为网络物理系统的稳健性能提供李亚普诺夫证书。在系统开发中使用这样的框架有望显着提高网络物理系统的可靠性。
项目成果
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