2017 |CODECSYS: Contract Based Design of Cyber-Physical Systems 


Axe: SciLex
Sujet : hybrid systems, compositional methods, contracts, verification and synthesis
Coordinateur : Antoine Girard
Equipe: Laurent Fribourg, Luca Greco, Adnane Saoud (PhD student), Alina Eqtami (Postdoc), Daniele Zonetti (Postdoc)
Candidats : Lucien Etienne, Alina Eqtami
Laboratoires : L2S, LSV
Durée du projet : 2016/2019

Présentation
Les systèmes cyberphysiques (CPS) résultent de l’intégration de dispositifs informatiques avec des processus physiques et sont appelés à devenir omniprésents dans les sociétés modernes (véhicules autonomes, bâtiments intelligents, robots, etc.). L’élaboration d’approches rigoureuses fondées sur des modèles pour la conception de la SCP constitue donc un défi majeur pour les années à venir. Les systèmes hybrides sont des modèles naturels de CPS permettant de saisir les interactions étroites entre les dispositifs informatiques “discrets” et le monde physique “continu”. Malgré les progrès considérables réalisés dans ce domaine, les techniques actuelles s’appliquent aux systèmes hybrides de complexité moyenne, de sorte que la conception de SCP complexes exige de diviser les grands problèmes de conception en sous-problèmes plus petits qui peuvent être résolus à l’aide des outils existants. Le projet CODECSYS vise à développer de telles approches en décomposant un SCP complexe en composants conçus indépendamment. Un contrat est attribué à chaque composant, qui spécifie les garanties que le composant doit respecter en fonction des hypothèses sur le comportement des autres composants. Pour un comportement souhaité donné du système global, la décomposition en contrats à satisfaire par les composants n’est généralement pas unique : certains contrats peuvent être irréalisables par les composants, entraînant une conception globale non réussie ; et même lorsque tous les contrats peuvent être satisfaits, leur choix peut affecter la robustesse du système global. le projet CODECSYS contribuera à la conception par contrat du SCP en développant de nouvelles approches qui explorent systématiquement la place des contrats possibles. Pour ce faire, nous considérons les contrats qui sont donnés par des hypothèses et des garanties paramétriques. Pour chaque composant, nous caractérisons une région faisable de valeurs de paramètres pour laquelle le contrat correspondant peut être respecté. L’intersection de ces régions réalisables fournit des valeurs de paramètres qui garantissent le comportement correct de l’ensemble du système. De plus, on peut également rechercher une valeur de paramètre particulière, ce qui optimise la robustesse de la conception. Des techniques de calcul efficaces pour la synthèse des paramètres contractuels seront mises au point pour les contrats de conception qui bénéficient d’une certaine propriété de monotonie en ce qui concerne les paramètres, en utilisant des algorithmes d’optimisation multiobjectifs. Les liens avec les techniques de la théorie du contrôle, comme les théorèmes du petit gain, seront étudiés. Le développement de notre approche sera motivé et validé sur deux applications : la première concerne la synthèse de contrôleurs compositionnels pour les systèmes hybrides, la seconde l’implémentation numérique et la programmation des contrôleurs embarqués.

Documents:

Cours – écoles doctorales:

  • Antoine Girard, Hybrid systems, Politecnico Milano, Italy, July 2019.
  • Antoine Girard, Vérification et synthèse de systèmes cyber-physiques, Ecole MACS, Bordeaux, France, June 2019.
  • Antoine Girard, Formal Methods in Control Design. EECI IGSC, Gif-sur-Yvette, France, January 2019.

Faits marquants:

  • Plenary Talk, Antoine Girard, Symbolic control – from discrete synthesis to certified continuous controllers, Journées de l’Automatique, November 2018.
  • Keynote Talk, Antoine Girard, Timing contracts for networked cyber-physical systems, IFAC Workshop on Distributed Estimation and Control in Networked Systems, Groningen, Netherlands, August 2018.
  • Plenary Talk, Antoine Girard, Symbolic control – from discrete synthesis to certified continuous controllers, European Control Conference, Limassol, Cyprus, June 2018.
  • Finalist, Best Student Paper Award, Adnane Saoud, European Control Conference, Limassol, Cyprus, June 2018.
  • CODECSYS is the news: L’Edition de l’université Paris-Saclay, May 2018.
  • Keynote Talk, Antoine Girard, Compositional synthesis for symbolic control, International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control, Porto, Portugal, April 2018.
  • Best Poster Award, Adnane Saoud, Rencontres Entreprises-Doctorants CentraleSupélec, April 2018.

Publications :

  • Revues:
    • Kazumune Hashimoto, Adnane Saoud, Masako Kishida, Toshimitsu Ushio, Dimos V. Dimarogonas, A Symbolic Approach to the Self-Triggered Design for Networked Control Systems. IEEE Control Systems Letters, 3(4), 1050-1055, 2019.
    • Lucien Etienne, Antoine Girard, Luca Greco, Stability and stabilizability of discrete-time dual switching systems with application to sampled-data systems. Automatica, 100:388-395, 2019.
    • Adnane Saoud, Antoine Girard, Optimal multirate sampling in symbolic models for incrementally stable switched systems. Automatica, 98:58-65, 2018.
    • Pierre-Jean Meyer, Antoine Girard and Emmanuel Witrant, Compositional abstraction and safety synthesis using overlapping symbolic models. IEEE Transactions on Automatic Control, 63(6):1835-1841, 2018.
  • Chapitres de livre:
    • Mohammad Al Khatib, Antoine Girard and Thao Dang, Timing contracts for multi-core embedded control systems. In Sophie Tarbouriech, Antoine Girard, Laurentiu Hetel (Eds). Control subject to Computational and Communication Constraints. Vol. 475 in Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer, 2018.
  • Conferences:
    • Daniele Zonetti, Adnane Saoud, Antoine Girard, Laurent Fribourg, A symbolic approach to voltage stability and power sharing in time-varying DC microgrids. European Control Conference, Naples, Italy, 2019.
    • Alina Eqtami, Antoine Girard, A quantitative approach on assume-guarantee contracts for safety of interconnected systems. European Control Conference, Naples, Italy, 2019.
    • Zohra Kader, Adnane Saoud, Antoine Girard, Safety controller design for incrementally stable switched systems using event-based symbolic models. European Control Conference, Naples, Italy, 2019
    • Adnane Saoud, Antoine Girard, Laurent Fribourg, Contract based design of symbolic controllers for interconnected multiperiodic sampled-data systems. IEEE Conference on Decision and Control, Miami, USA, 2018.
    • Alina Eqtami and Antoine Girard, Safety control, a quantitative approach. IFAC Conference on Analysis and Design of Hybrid Systems, Oxford, UK, 2018.
    • Zohra Kader, Antoine Girard and Adnane Saoud, Symbolic models for incrementally stable switched systems with aperiodic time sampling. IFAC Conference on Analysis and Design of Hybrid Systems, Oxford, UK, 2018.
    • Adnane Saoud, Pushpak Jagtap, Majid Zamani and Antoine Girard, Compositional abstraction-based synthesis for cascade discrete-time control systems. IFAC Conference on Analysis and Design of Hybrid Systems, Oxford, UK, 2018.
    • Adnane Saoud, Antoine Girard and Laurent Fribourg, On the composition of discrete and continuous-time assume-guarantee contracts for invariance. European Control Conference, Limassol, Cyprus, 2018. Finalist of the Best Student Paper Award.
    • Adnane Saoud and Antoine Girard, Multirate symbolic models for incrementally stable switched systems. IFAC World Congress, Toulouse, France, 2017.
    • Mohammad Al Khatib, Antoine Girard, Thao Dang, Scheduling of embedded controllers under timing contracts. Hybrid Systems: Computation and Control, Pittsburgh, USA, 2017.
    • Mohammad Al Khatib, Antoine Girard and Thao Dang, Timing contracts for multi-core embedded control systems. In Sophie Tarbouriech, Antoine Girard, Laurentiu Hetel (Eds). Control subject to Computational and Communication Constraints. Vol. 475 in Lecture Notes in Control and Information Sciences, Springer, 2018.
  • Collaborations internationales:
    • Osaka University: Kazumune Hashimoto, Toshimitsu Ushio,
    • National Institute of Informatics, Tokyo: Masako Kishida
    • KTH Royal Institute of Technology, Stockholm: Dimos V. Dimarogonas
    • Technical University of Munich: Pushpak Jagtap, Majid Zamani

Travaux transverses :