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开发形式化的方法来建模动态和支持网络物理系统的鲁棒性分析,使用动力系统理论,控制理论和计算机科学的工具。具体而言,该项目解决了需要开发有效的技术,不确定性传播,存在由于操作的不确定性所产生的时变任务集和控制障碍,目前在网络物理系统。 该方法是抽象的信息物理系统作为分布式嵌入式系统的异构架构平台和多功能的范例。这种抽象需要完成实时,多模式的操作与任务分配在运行时,并在存在的不确定性。所考虑的操作不确定性包括由于操作模式变化引起的不同任务负载、部署在恶劣环境中时的几个元件的故障、瞬时计算过载和通信延迟所引起的不确定性。 在这项研究中的关键技术推力包括开发方法的遍历理论,面向集合的数值技术,多尺度马尔可夫链近似的动态和谱图分割和聚合概念的基础上,在嵌入式系统中的不确定性管理;建模的网络物理任务使用采样方法和有限时域估计技术;并提供李亚普诺夫证书的网络物理系统的鲁棒性能。在系统开发中使用这样的框架,预计将显着提高网络物理系统的可靠性。
项目成果
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