Integrated System-Theoretic and Software-Enabled Strategies for Embedded Smart Sensors in Hybrid Systems

混合系统中嵌入式智能传感器的集成系统理论和软件支持策略

基本信息

  • 批准号:
    0209179
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2002
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2002-09-01 至 2006-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Bonnie HeckCCR-0209179"Integrated System-Theorectic and Software-Enabled Strategies for Embedded Smart Sensors in Hybrid Systems"This research addresses the efficient design and effective operation of "smart" sensor suites, which are to be embedded in complex hybrid systems with multiple modes of operation and multiple mission / fault scenarios. An integrated approach is being pursued in which system-theoretic analysis is combined with real-time embedded software design techniques that focus on composition and dynamic reconfiguration issues. This integrative approach supports the design of the sensor suite, including its management software, which is capable of fusing information from heterogeneous sensors to develop estimates for physical parameters and detect / diagnose faults, and of dynamically reconfiguring itself in the face of identified fault scenarios or mode changes. The research addresses system-theoretic issues and software-design issues on a concurrent basis so that the requirements and capabilities of the two sides can be understood and taken into account. Hence, issues such as synchronizing data from multiple distributed sources and managing transitions while reconfiguring continuous components, are being formalized and explicitly accounted for throughout the design, beginning with the sensor selection / placement decision to the development of algorithms for sensor fusion and dynamic reconfiguration. This work is drawing upon existing results in the hybrid systems literature and developing some additional theories and tools as necessary. The topics studied in this research include:o Sensor placement in a distributed hybrid system: What types of sensors should be placed where so that important changes, both continuous and discrete, can be observed with required accuracies.o Sensor fusion: How the signals generated from a heterogeneous sensor array will be combined to generate useful information, such as physical states, parameter values, and fault status, under different modes of operation.o Dynamic reconfiguration: How to reconfigure on the fly the processing and fusing of signals from different sensors, in the face of an identified fault or a mode change, and how the information will be transitioned from one mode to another.The research is creating system-theoretic and software modeling tools for constructing smart sensor suites that can adapt to changes and faults that occur in a complex hybrid system. The research is also expected to improve the fundamental understanding into the observability property of hybrid systems and the design and analysis of a state estimator for such a system. The theoretical / methodological development is being validated on sensor suites for real applications (e.g., a three tank process demonstrator) so that no important real issues are overlooked.On the educational front, cross-disciplinary course(s) and research programs are being developed that breed a unique set of students versed in both systems-control theories and real-time software design.
Bonnie HeckCCR-0209179“混合系统中嵌入式智能传感器的集成系统理论和软件启用策略“本研究讨论了“智能”传感器套件的有效设计和有效操作,这些传感器套件将嵌入具有多种操作模式和多个使命/故障场景的复杂混合系统中。 一个综合的方法是追求系统理论分析相结合的实时嵌入式软件设计技术,专注于组合和动态重新配置的问题。 这种综合方法支持传感器套件的设计,包括其管理软件,该软件能够融合来自异构传感器的信息,以估计物理参数并检测/诊断故障,以及在识别的故障场景或模式变化时动态重新配置自身。 该研究同时解决了系统理论问题和软件设计问题,从而可以理解和考虑双方的需求和能力。 因此,问题,如同步数据从多个分布式源和管理过渡,同时重新配置连续的组件,被正式和明确占整个设计,开始与传感器的选择/放置决定的算法,传感器融合和动态重新配置的发展。 这项工作是借鉴现有的结果在混合动力系统的文献和开发一些额外的理论和工具,如有必要。 本研究中研究的主题包括:o分布式混合系统中的传感器放置:应放置何种类型的传感器,以便以所需的精度观察连续和离散的重要变化。o传感器融合:如何将从异构传感器阵列生成的信号组合以生成有用的信息,例如物理状态、参数值和故障状态,o动态重新配置:如何在遇到已识别的故障或模式改变时,重新配置来自不同传感器的信号的处理和融合,以及信息将如何从一种模式转换到另一种模式。这项研究正在创建一个系统-用于构建智能传感器套件的理论和软件建模工具,这些传感器套件可以适应复杂混合系统中发生的变化和故障。 该研究也有望提高对混合系统的可观测性的基本理解,并为这样的系统的状态估计器的设计和分析。理论/方法的发展正在真实的应用的传感器套件上得到验证(例如,在教育方面,正在开发跨学科课程和研究项目,培养一批精通系统控制理论和实时软件设计的独特学生。

项目成果

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