1. SylabUZ
2. Wydział Informatyki, Elektrotechniki i Automatyki
3. semestr zimowy 2021/2022
4. Informatyka - drugiego stopnia z tyt. magistra inżyniera
5. Modelowanie i implementacja systemów cyber-fizycznych

Wygeneruj PDF dla tej strony

Modelowanie i implementacja systemów cyber-fizycznych - opis przedmiotu

Cel przedmiotu

• 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.

Wymagania wstępne

Zapisz zmiany

Podstawy projektowania systemów cyfrowych.

Zakres tematyczny

• 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), systemy osadzone oraz rozproszone.
• 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, 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.

Metody kształcenia

Wykład: wykład konwencjonalny, dyskusja

Laboratorium: zajęcia praktyczne, ćwiczenia laboratoryjne

Projekt: metoda projektu

Efekty uczenia się i metody weryfikacji osiągania efektów uczenia się

Opis efektu	Symbole efektów	Metody weryfikacji	Forma zajęć

Warunki zaliczenia

Wykład - warunkiem zaliczenia jest uzyskanie pozytywnych ocen z kolokwiów pisemnych przeprowadzonych co najmniej raz w semestrze

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%

Literatura podstawowa

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.

Literatura uzupełniająca

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.

Uwagi

Zmodyfikowane przez prof. dr hab. inż. Andrzej Obuchowicz (ostatnia modyfikacja: 20-04-2021 08:48)