Computation Aware Control Systems – COMPACS

Un champ d'application important de la technologie embarquée est le domaine des systèmes de commande où un logiciel est exécuté afin de contrôler un processus physique. Traditionnellement, la conception des systèmes de commande embarquée traite de manière disjointe les problèmes liés à la synthèse d'une loi de commande et ceux liés à son implémentation sur une plateforme de calcul. Une approche intégrée où les contraintes dues à des ressources de calcul limitées ou partagées sont prises en compte lors de la synthèse de stratégies de contrôle permettrait le développement de contrôleurs embarqués avec des garanties de sûreté, de stabilité, de performance et optimisant l'utilisation des ressources de calcul disponibles. Cette ligne de recherche, développée dans le projet COMPACS relève du domaine des systèmes cyber-physiques qui vise à améliorer l'intégration d'objets informatiques dans le monde physique.

Plus précisément, le but du projet COMPACS est de développer des approches rigoureuses basées sur l'utilisation de modèles pour la synthèse de contrôleurs conscients des ressources de calcul disponibles. De telles stratégies de commande doivent non seulement être capables de décider quelles actions doivent être effectuées mais aussi à quel moment les tâches de contrôles doivent être exécutées, en se basant sur la disponibilité des unités de calcul et l'état du processus physique. Ces stratégies sont d'un intérêt particulier quand la dynamique du processus physique possède plusieurs échelles de temps et que les ressources de calcul doivent être allouées plus fréquemment pour contrôler la dynamique rapide que la dynamique lente. COMPACS propose d'étudier ce problème dans le cadre de modélisation des systèmes dynamiques hybrides, qui permet une description fidèle de l'hétérogénéité des stratégies de contrôle conscientes des ressources de calcul. Le projet regroupe trois équipes reconnues pour leur expertise dans le domaine des systèmes hybrides, et provenant de trois disciplines différentes (LJK: mathématiques appliquées, CRAN: automatique, Verimag: informatique). Le projet est organisé en deux axes techniques principaux. Le premier axe concerne des problèmes fondamentaux de la théorie de systèmes hybrides, qui auront des applications directes dans le développement de techniques de conception de contrôleurs conscients des ressources de calcul; ces techniques sont aux coeur du deuxième axe du projet:

Axe 1: Des problèmes fondamentaux de la théorie des systèmes hybrides seront considérés: systèmes impulsionnels, systèmes à échelles de temps multiples, conception conjointe des contrôleurs discrets et continus. Ces problèmes ont été choisis en raison de leurs applications possibles à la conception de contrôleurs conscients des ressources de calcul; mais ils sont aussi importants du point de vue théorique. Ils seront examinés en utilisant des approches de Lyapunov, l'analyse d'atteignabilité, ou une combinaison de ces techniques. Les aspects numériques seront également considérés.

Axe 2: La conception de contrôleurs conscients des ressources de calcul est l'objectif principal du projet. Nous considérerons le problème de décider à quel moment les tâches de contrôle doivent être exécutées, dans le cadre de la commande événementielle qui permet de réduire l'utilisation des ressources de calcul en comparaison à une implémentation périodique classique. Nous considérerons aussi le problème d'ordonnancement et de coordination des tâches de contrôle quand les ressources de calculs sont partagées ou distribuées. En décrivant ces problèmes dans le cadre des systèmes hybrides, nous développerons des solutions basées sur l'utilisation des techniques développées dans le premier axe du projet.