CPS: Small: Towards robust cyber-physical systems

CPS:小型:迈向强大的网络物理系统

基本信息

  • 批准号:
    1035916
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-15 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The objective of this research is to develop the theoretical foundations of robust cyber-physical systems. Robustness is the property ensuring that slight perturbations in the cyber, physical, or in the interaction between the cyber and the physical components, e.g., noise in sensor measurements, causes only slight changes in the system execution. While it is theoretically possible to enumerate all possible faults that can occur in a cyber-physical system and to design software components that correctly handle all such faults, the resulting specifications would be unwieldy and difficult to understand or verify. Instead, this project investigates the design of software components that guarantee robustness of cyber-physical systems with respect to unmodeled faults. The approach consist in abstracting and generalizing several key ideas from robust control theory to cyber-physical systems. The project's intellectual merit is divided in two parts. The first part consists in defining a notion of robustness for cyber-physical systems relying on finite-state abstractions of the physical world retaining metric information about physical quantities. The second part consists in developing the methods and tools for automatically synthesizing software modules enforcing desired specifications in a robust manner. The tools and techniques developed in this project will significantly enhance our ability to produce robust cyber-physical systems and thus have a broad impact in several application areas transcending computer science and control engineering. Moreover, the broader impact of the proposed research is amplified by explicitly addressing the lack of robustness in legacy software through the development of robustifying software patches. To enhance the transfer of the research results to industry, the PIs and the Electrical Engineering Office of Industrial Relations will host a workshop for the local industry on robust cyber-physical systems.
本研究的目的是发展强大的网络物理系统的理论基础。鲁棒性是确保网络、物理或网络和物理组件之间的交互中的轻微扰动,传感器测量中的噪声仅引起系统执行中的微小变化。虽然在理论上可以列举所有可能发生在信息物理系统中的故障,并设计正确处理所有这些故障的软件组件,但由此产生的规范将是笨拙的,难以理解或验证。相反,该项目研究了软件组件的设计,以保证网络物理系统对未建模故障的鲁棒性。该方法包括抽象和概括从鲁棒控制理论到网络物理系统的几个关键思想。该项目的智力价值分为两部分。第一部分包括在定义网络物理系统的鲁棒性的概念,依赖于物理世界的有限状态抽象保留有关物理量的度量信息。第二部分包括在开发的方法和工具,用于自动合成的软件模块执行所需的规范,在一个强大的方式。在这个项目中开发的工具和技术将显着提高我们的能力,以产生强大的网络物理系统,从而在超越计算机科学和控制工程的几个应用领域产生广泛的影响。此外,通过开发健壮的软件补丁明确解决遗留软件缺乏健壮性的问题,扩大了拟议研究的更广泛影响。为了加强研究成果向工业界的转移,PI和工业关系电气工程办公室将为当地工业举办一个关于强大的网络物理系统的研讨会。

项目成果

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