Discrete event and hybrid systems (2020/2021)

Codice insegnamento
4S009002
Docente
Tiziano Villa
Coordinatore
Tiziano Villa
crediti
9
Settore disciplinare
ING-INF/05 - SISTEMI DI ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI
Lingua di erogazione
Italiano
Sede
VERONA
Periodo
I semestre dal 1-ott-2020 al 29-gen-2021.

Orario lezioni

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Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di descrivere i principali metodi formali per la specifica, analisi e sintesi di sistemi a eventi discreti e di sistemi ibridi. Tali sistemi si ottengono dalla composizione di componenti discrete eterogenee e concorrenti a diversi livelli di astrazione, con vincoli in tempo reale, interagenti con componenti continue artificiali e naturali.

Alla fine lo studente dovrà dimostrare di avere acquisito le conoscenze fondamentali nell'ambito dei formalismi e degli algoritmi per la specifica, analisi e sintesi di sistemi a eventi discreti ed ibridi per operare su di essi con la metodologia basata su modelli.

Queste conoscenze consentiranno allo studente di: i) rappresentare sistemi a eventi discreti e ibridi sotto forma di linguaggi, automi e macchine a stati finiti, reti di Petri, automi ibridi ed altri formalismi; ii) analizzarne il comportamento mediante tecniche formali strutturali e comportamentali sia esatte che approssimate; iii) sintetizzare controllori supervisori d'impianti descritti da automi finiti e reti di Petri con eventi incontrollabili e inosservabili; iv) analizzare il comportamento di sistemi ibridi con dinamiche sia continue che discrete.

Al termine dell'insegnamento lo studente sarà in grado di: i) valutare autonomamente vantaggi e svantaggi di differenti scelte di formalismi di specifica, e di algoritmi per l'analisi e sintesi per sistemi a eventi discreti e per sistemi ibridi; ii) collaborare con altri specialisti di vari domini applicativi per scegliere il modello formale adatto per modellare, analizzare, sintetizzare e controllare un dato sistema ingegneristico; iii) proseguire anche autonomamente lo studio e la ricerca nell'ambito dei metodi formali per sistemi a eventi discreti e ibridi sia in ambito di applicazioni industriali che di ricerca scientifica.

Prerequisiti. L'insegnamento introduce tutti gli strumenti matematici richiesti, ma si suppone che lo studente abbia una conoscenza di base dei concetti fondamentali di matematica discreta, teoria degli automi ed equazioni differenziali.

Programma

Introduzione alla teoria dei sistemi:
sistemi lineari e non lineari, combinatori e reattivi, causali e non.
Sistemi discreti e macchine a stati (finiti e infiniti).
Macchine a stati finiti deterministiche e nondeterministiche.
Composizione di macchine a stati finiti.
Minimizzazione, determinizzazione, equivalenza e contenimento per macchine a stati finiti.
Relazioni di simulazione e bisimulazione per macchine a stati finiti.
Sintesi di controllori a stati finiti per proprieta' di sicurezza e di vitalita'.

Modelli di reti di Petri.
Analisi della raggiungibilita' di reti di Petri: grafo e albero di
raggiungibilita' e di copertura, equazioni di stato, matrici d'incidenza.
Proprieta' strutturali e comportamentali di reti di Petri.
Espressivita' di classi di reti di Petri.

Controllo supervisore per automi e linguaggi regolari.
Esistenza e determinazione di un supervisore sotto controllabilita' parziale.
Esistenza e determinazione di un supervisore sotto osservabilita' parziale.
Esistenza e determinazione di un supervisore non-bloccante.
Soluzioni sovrapprossimate e sottoapprossimate del problema del controllo supervisore.

Automi ibridi: specifica e comportamento.
Il problema della raggiungibilita' per automi temporizzati.

Testi di riferimento
Autore Titolo Casa editrice Anno ISBN Note
Edward A. Lee and Sanjit A. Seshia Introduction to Embedded Systems — A Cyber-Physical Systems Approach — Second Edition (Edizione 2) MIT Press 2017 978-0-262-53381-2
Angela Di Febbraro, Alessandro Giua Sistemi ad Eventi Discreti MvGraw-Hill 2002 88-386-0863-6

Modalità d'esame

L'esame consiste in una prova scritta contenente domande ed esercizi di teoria.
La prova è superata con un voto maggiore o uguale a 18/30.