1. SylabUZ
2. Faculty of Computer Science, Electrical Engineering and Automatics
3. winter term 2022/2023
4. Computer Science - Second-cycle studies leading to MSc degree
5. Cyber-phisical systems modelling and implementation

Generate PDF for this page

Cyber-phisical systems modelling and implementation - course description

Aim of the course

• Zapoznanie studentów z metodami modelowania i implementacji części sterującej systemów cyber-fizycznych.
• Ukształtowanie wśród studentów podstawowych umiejętności w zakresie projektowania, modelowania, analizy oraz implementacji części sterującej systemów cyber-fizycznych.

Prerequisites

Save changes

Podstawy projektowania systemów cyfrowych.

Scope

• Wprowadzenie i podstawowe pojęcia: systemy cyber-fizyczne (ang. cyber-physical systems, CPS), część sterująca systemów cyber-fizycznych, systemy inteligentne (smart systems), internet rzeczy (Internet of Things, IoT), osadzone oraz rozproszone systemy cyber-fizyczne.
• Ogólna ścieżka projektowania części sterującej systemów cyber-fizycznych: modelowanie, analiza (w tym walidacja i weryfikacja), implementacja i weryfikacja sprzętowa.
• Graficzne metody specyfikacji części sterującej systemów cyber-fizycznych: automaty FSM, sieci Petriego (w tym interpretowane sieci Petriego), diagramy UML.
• Metody analizy części sterującej systemów cyber-fizycznych: walidacja, weryfikacja formalna, analiza relacji współbieżności (przestrzeni stanów systemu) oraz sekwencyjności. Złożoność obliczeniowa algorytmów analizy części sterującej systemów cyber-fizycznych.
• Modelowanie i dekompozycja algorytmu sterującego systemu cyber-fizycznego: podział na komponenty (składowe automatowe), metody dekompozycji.
• Implementacja algorytmu sterującego systemu cyber-fizycznego: logiczna synteza i implementacja systemu, opis w językach opisu sprzętu (np. VHDL, Verilog) oraz językach programowania (np. C/C++), fizyczna implementacja w układach FPGA oraz mikrokontrolerach (np. Arduino).
• Statyczna i dynamiczna częściowa rekonfiguracja zaimplementowanego algorytmu sterującego systemu cyber-fizycznego: mechanizm statycznej i dynamicznej częściowej rekonfiguracji układu FPGA (z zatrzymaniem i bez zatrzymania pracy układu), ścieżka projektowa części sterującej systemu cyber-fizycznego pod kątem późniejszej statycznej i dynamicznej częściowej rekonfiguracji modułu sterującego.

Teaching methods

Wykład: wykład konwencjonalny, dyskusja

Laboratorium: zajęcia praktyczne, ćwiczenia laboratoryjne

Projekt: metoda projektu

Learning outcomes and methods of theirs verification

Outcome description	Outcome symbols	Methods of verification	The class form

Assignment conditions

Wykład - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnej oceny z końcowego kolokwium (pisemnego lub ustnego).

Laboratorium - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych, przewidzianych do realizacji w ramach programu laboratorium.

Projekt - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen ze wszystkich zadań projektowych, przewidzianych do realizacji w ramach zajęć projektowych.

Składowe oceny końcowej - wykład: 30% + laboratorium: 40% + projekt: 30%

Recommended reading

1. E. A. Lee, S. A. Seshia, Introduction to Embedded Systems: A Cyber-Physical Systems Approach, Cambridge, MA, USA:MIT Press, 2017.
2. W. Reisig, Petri Nets: An Introduction, Berlin, Germany:Springer-Verlag, 2012.
3. R. Wiśniewski, Prototyping of Concurrent Control Systems Implemented in FPGA Devices, Cham, Switzerland:Springer, 2017.
4. I. Grobelna, R. Wiśniewski, M. Grobelny, M. Wiśniewska, "Design and verification of real-life processes with application of Petri nets", IEEE Trans. Syst. Man Cybern. Syst., vol. 47, no. 11, pp. 2856-2869, Nov. 2017.
5. R. Wiśniewski, G. Bazydło, L. Gomes, A. Costa, "Dynamic partial reconfiguration of concurrent control systems implemented in FPGA devices", IEEE Trans. Ind. Informat., vol. 13, no. 4, pp. 1734-1741, Aug. 2017.

Further reading

1. E. Best, R. Devillers, M. Koutny, Petri Net Algebra, Berlin, Germany:Springer-Verlag, 2013.
2. L. Gomes, F. Moutinho, F. Pereira, "IOPT-tools - A Web based tool framework for embedded systems controller development using Petri nets", Proc. 23rd Int. Conf. Field Program. Logic Appl., pp. 1, Sep. 2013.
3. Z. Li, N. Q. Wu, M. C. Zhou, "Deadlock control of automated manufacturing systems based on Petri nets - A literature review", IEEE Trans. Syst. Man Cybern. C Appl. Rev., vol. 42, no. 4, pp. 437-462, Jul. 2012.
4. M. Zhou, N. Q. Wu, System Modeling and Control With Resource-Oriented Petri Nets, Boca Raton, FL, USA:CRC Press, 2009.
5. I. Grobelna, "Model checking of reconfigurable FPGA modules specified by Petri nets", J. Syst. Archit., vol. 89, pp. 1-9, Sep. 2018.
6. R. Wiśniewski, "Dynamic partial reconfiguration of concurrent control systems specified by Petri nets and implemented in Xilinx FPGA devices", IEEE Access, vol. 6, pp. 32376-32391, 2018.
7. V. Hahanov et al., "Cyber social computing" in Social Business and Industrial Applications, Cham, Switzerland:Springer, pp. 489-515, 2019.
8. R. Wiśniewski, A. Karatkevich, M. Adamski, A. Costa, L. Gomes, "Prototyping of concurrent control systems with application of Petri nets and comparability graphs", IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 26, no. 2, pp. 575-586, Mar. 2018.
9. M.C. Golumbic, Algorithmic Graph Theory and Perfect Graphs, Academic Press, 1980.
10. R. Wiśniewski, G. Bazydło, P. Szcześniak, I. Grobelna, M. Wojnakowski, „Design and Verification of Cyber-Physical Systems Specified by Petri Nets - A Case Study of a Direct Matrix Converter”, Mathematics, vol. 7, pp. 1-24, 2019.

Notes

Modified by dr inż. Grzegorz Bazydło (last modification: 21-04-2022 10:08)