نوار کناری
سامانه های رایا-فیزیکی
Cyber-Physical Systems
| شماره درس: ۴۰۸۴۳.۱ | تعداد واحد: ۳ |
| مقطع: کارشناسی ارشد | نوع درس: نظری |
| پیش‌نیاز: – | هم‌نیاز: – |
اهداف درس
در اکثر سامانه های پیشرفته، اجزای محاسباتی به موجودیت های فیزیکی مرتبط هستند که در سال های اخیر تحت عنوان "سامانه های رایا-فیزیکی" شناخته میشوند. نمونه هایی از این سامانه ها در وسایل نقلیه خودکار، ربات‌های جراحی، شبکه‌های هوشمند و تولیدات مشترک انسان و ربات وجود دارد. با گذراندن این درس، دانشجویان تحصیلات تکمیلی قادر خواهند بود، توصیف، مدل سازی، طراحی، تحلیل و کنترل سامانه های رایا-فیزیکی را انجام دهند. همچنین می توانند درک عمیقی از تعامل بین دینامیک پیوسته ناشی از موجودیت های فیزیکی (به عنوان مثال سامانه های مکانیکی) و دینامیک گسسته ناشی از عناصر محاسباتی (مانند کنترل رویداد گسسته)، که منجر به اصطلاح دینامیک ترکیبی (Hybrid Dynamic) می شود، داشته باشند. آن‌ها می‌توانند جنبه‌های دینامیکی مربوط به سامانه های رایا-فیزیکی را استخراج کنند و راه‌حل‌هایی را به تنهایی توسعه دهند که با مشخصات داده شده برای اینگونه سامانه ها مطابقت داشته باشد.
ریز مواد
- مقدمه
- یک سامانه رایا-فیزیکی چیست؟ ویژگی های کلی سامانه های رایا-فیزیکی، کاربردها، مثال های انگیزشی، خلاصه ای از عناوین، راهنمایی سازماندهی درس؛
- دینامیک پیوسته
- قوانین نیوتن، مدل های کنشگر، کنترل کننده بازخورد
- مدل سازی، معادله های دیفرانسیل معمولی، ویژگی های سامانه های مبتنی بر دینامیک پیوسته، شبیه سازی معادله های دیفرانسیل، تحلیل پایداری، مقدمه ای بر کنترل سامانه-های پیوسته؛
- دینامیک گسسته
- مدل سازی (Moore/Mealy machine, Petri nets, Satecharts)، منطق زمانی، مقدمه ای بر وارسی مدل های گسسته، سنتز کنترل کننده ها؛
- دینامیک ترکیبی
- مدل سازی (Timed Automata, Hybrid Automata, Hybrid Statecharts)، شبیه سازی سامانه های ترکیبی، تحلیل پایداری، تحلیل دسترس پذیری، کنترل نظارتی؛
- سخت افزارهای مرسوم
- حسگرها و محرک ها، پردازنده های نهفته (با کارایی بالا، کم‌توان)، معماری های حافظه، ورودی و خرجی؛
- قابلیت اتکا در سامانه های رایا-فیزیکی
- زمان بندی بی درنگ در سامانه های رایا-فیزیکی
- نگاه کلی به زمان بندی، زمان بندی تک‌هسته‌ای، زمان بندی چندهسته ای و چالش های آن، زمان بندی آگاه از توان، انرژی و دما، مدل ها و الگوریتم های زمان بندی پیشرفته؛
- طراحی سامانه های بحرانی مختلط و بررسی چالش¬های آن به‌عنوان مثالی از سامانه¬های رایا-فیزیکی
ارزیابی
- متحان میان¬ترم: حدود 20 تا 30 درصد
- متحان پایان¬ترم: حدود 30 تا 40 درصد
- پروژه و تمرینات: حدود 30 تا 40 درصد
مراجع
[1] R. Alur, “Principles of Cyber-Physical Systems,” MIT Press, 2015.
[2] M. Wolf, “Applications in Cyber-Physical Systems and Mobile Computing,” Elsevier, 2014.
[3] E. A. Lee and S. A. Seshia, “Introduction to Embedded Systems - A Cyber-Physical Systems Approach,” MIT Press, 2016.
[4] A. J. Van Der Schaft, “An Introduction to Hybrid Dynamical Systems,” Springer, 2000.
[5] K.S. Narendra and A.M. Annaswamy, “Stable Adaptive Systems,” Dover Publications, 2004.
[6] G. Buttazzo, “Hard Real-Time Computing Systems: Predictable Scheduling Algorithms and Applications”, New York, NY, USA: Springer, 2011.
[7] P. Marwedel, “Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems,” Springer, 2021.