Contrôle et diagnostic décentralisés des systèmes à évènements discrets approche multi-décisionnelle

De nos jours, les systèmes technologiques sont devenus très complexes (matériel informatique, logiciel, système de télécommunication, usine manufacturière, etc.), et cette complexité croît continuellement de sorte que les anciennes techniques intuitives utilisées pour leur conception, leur étude et leur réalisation deviennent inadaptées. À cause de cette complexité croissante, la probabilité pour qu'une erreur (ou panne) inattendue survienne est de plus en plus grande. Plus encore, quelques erreurs peuvent provoquer des accidents très graves causant des pertes économiques ou humaines. C'est dans ce cadre que les méthodes formelles ont été développées pour l'analyse, la conception et la réalisation des systèmes logiciels et électroniques quelque [i.e. quelle que] soit leur complexité. Ainsi, l'étude des systèmes à événements discrets (SED) a été introduite avec l'objectif de développer des méthodes formelles pour répondre à des besoins pressants, tels que le contrôle, le diagnostic, le pronostic, le test et la vérification des comportements discrets des systèmes technologiques. Cette thèse considère et généralise les études du contrôle et du diagnostic décentralisés des SED. Le principe commun du contrôle et du diagnostic décentralisés des SED est la prise de décision décentralisée, qui est basée sur l'utilisation d'une architecture décentralisée. Cette dernière est constituée de plusieurs décideurs locaux qui observent partiellement un SED et prennent des décisions locales qui sont ensuite fusionnées par un module de fusion D. Ce dernier, en se basant sur une fonction de fusion, calcule à partir des décisions locales une décision globale. Le système englobant les décideurs locaux et le module de fusion s'appelle un décideur décentralisé. L'ensemble de tous les décideurs décentralisés ayant D comme module de fusion est appelé D-architecture. La principale contribution de cette thèse est de proposer une nouvelle approche de prise de décision décentralisée, appelée multi-décision et qualifiée de multi-décisionnelle. Le principe de la multi-décision est basé sur l'utilisation de plusieurs (disons p) décideurs décentralisés (DD[indice supérieur j)[indice inférieur j=1,...,p] qui fonctionnent simultanément et en parallèle. Chaque DD[indice supérieur J] a une architecture décentralisée parmi celles qu'on trouve dans la littérature. C'est-à-dire que chaque DD[indice supérieur J] est constitué d'un ensemble de décideurs locaux ([Dec[indice supérieur J][indice inférieur i])[indice inférieur i=1,...,n] dont les décisions locales sont fusionnées par un module de fusion D[indice supérieur j] afin d'obtenir une décision globale. Dans l'architecture multi-décisionnelle, les décisions globales des p (DD[indice supérieur j])[indice inférieur j=1,...,p] sont fusionnées par un module D afin d'obtenir une décision effective qui respecte une propriété désirée Pr. L'intérêt de la multi-décision est que l'architecture ((DD[indice supérieur j])[indice inférieur j=1,..., p], D) constituée des différents (DD[indice supérieur j])[indice inférieur j =1,...,p] et de D généralise chacune des architectures DD[indice supérieur j]. C'est-à-dire que l'ensemble des SED auxquels on peut appliquer ((DD[indice supérieur j])[indice inférieur j=1,...,p], D) englobe les différents SED auxquels on peut appliquer les différents DD[indice supérieur j] séparément. Nous avons étudié l'approche multi-décisionnelle sur deux exemples de prise de décision : le contrôle supervisé et le diagnostic. On obtient alors le contrôle et le diagnostic multi-décisionnels. Dans les deux cas, l'approche multi-décisionnelle nécessite une décomposition de langages infinis (c.-à-d., contenant un nombre infini de séquences), qui est connue comme étant un problème difficile. Pour résoudre ce problème, on a proposé, dans le cas particulier des langages réguliers, une méthode qui transforme la décomposition d'un langage infini X en une décomposition d'un ensemble fini d'états marqués. Pour arriver à cela, on a dû s'imposer une restriction en ne considérant que les décompositions de X qui respectent une condition spécifique. Cette condition présente l'avantage de rendre les conditions d'existence de solutions vérifiables. Nous avons ainsi développé des algorithmes pour vérifier les conditions d'existence de solutions pour le contrôle et le diagnostic multi-décisionnels. Ces algorithmes ont le même ordre de complexité que les algorithmes qui vérifient les conditions d'existence de solutions pour le contrôle et le diagnostic décentralisés. Il est important de noter que les conditions d'existence obtenues pour une architecture multi-décisionnelle ((DD[indice supérieur j])[indice inférieur j=1,..., p], D) sont moins contraignantes que celles obtenues pour chacune des architectures DD[indice supérieur j]

Property Enforcement for Partially-Observed Discrete-Event Systems

Engineering systems that involve physical elements, such as automobiles, aircraft, or electric power pants, that are controlled by a computational infrastructure that consists of several computers that communicate through a communication network, are called Cyber-Physical Systems. Ever-increasing demands for safety, security, performance, and certi cation of these critical systems put stringent constraints on their design and necessitate the use of formal model-based approaches to synthesize provably-correct feedback controllers. This dissertation aims to tackle these challenges by developing a novel methodology for synthesis of control and sensing strategies for Discrete Event Systems (DES), an important class of cyber-physical systems. First, we develop a uniform approach for synthesizing property enforcing supervisors for a wide class of properties called information-state-based (IS-based) properties. We then consider the enforcement of non-blockingness in addition to IS-based properties. We develop a nite structure called the All Enforcement Structure (AES) that embeds all valid supervisors. Furthermore, we propose novel and general approaches to solve the sensor activation problem for partially-observed DES. We extend our results for the sensor activation problem from the centralized case to the decentralized case. The methodology in the dissertation has the following novel features: (i) it explicitly considers and handles imperfect state information, due to sensor noise, and limited controllability, due to unexpected environmental disturbances; (ii) it is a uniform information-state-based approach that can be applied to a variety of user-speci ed requirements; (iii) it is a formal model-based approach, which results in provably correct solutions; and (iv) the methodology and associated theoretical foundations developed are generic and applicable to many types of networked cyber-physical systems with safety-critical requirements, in particular networked systems such as aircraft electric power systems and intelligent transportation systems.PHDElectrical Engineering: SystemsUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttps://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/137097/1/xiangyin_1.pd

Supervisory Control and Analysis of Partially-observed Discrete Event Systems

Nowadays, a variety of real-world systems fall into discrete event systems (DES). In practical scenarios, due to facts like limited sensor technique, sensor failure, unstable network and even the intrusion of malicious agents, it might occur that some events are unobservable, multiple events are indistinguishable in observations, and observations of some events are nondeterministic. By considering various practical scenarios, increasing attention in the DES community has been paid to partially-observed DES, which in this thesis refer broadly to those DES with partial and/or unreliable observations. In this thesis, we focus on two topics of partially-observed DES, namely, supervisory control and analysis. The first topic includes two research directions in terms of system models. One is the supervisory control of DES with both unobservable and uncontrollable events, focusing on the forbidden state problem; the other is the supervisory control of DES vulnerable to sensor-reading disguising attacks (SD-attacks), which is also interpreted as DES with nondeterministic observations, addressing both the forbidden state problem and the liveness-enforcing problem. Petri nets (PN) are used as a reference formalism in this topic. First, we study the forbidden state problem in the framework of PN with both unobservable and uncontrollable transitions, assuming that unobservable transitions are uncontrollable. For ordinary PN subject to an admissible Generalized Mutual Exclusion Constraint (GMEC), an optimal on-line control policy with polynomial complexity is proposed provided that a particular subnet, called observation subnet, satisfies certain conditions in structure. It is then discussed how to obtain an optimal on-line control policy for PN subject to an arbitrary GMEC. Next, we still consider the forbidden state problem but in PN vulnerable to SD-attacks. Assuming the control specification in terms of a GMEC, we propose three methods to derive on-line control policies. The first two lead to an optimal policy but are computationally inefficient for large-size systems, while the third method computes a policy with timely response even for large-size systems but at the expense of optimality. Finally, we investigate the liveness-enforcing problem still assuming that the system is vulnerable to SD-attacks. In this problem, the plant is modelled as a bounded PN, which allows us to off-line compute a supervisor starting from constructing the reachability graph of the PN. Then, based on repeatedly computing a more restrictive liveness-enforcing supervisor under no attack and constructing a basic supervisor, an off-line method that synthesizes a liveness-enforcing supervisor tolerant to an SD-attack is proposed. In the second topic, we care about the verification of properties related to system security. Two properties are considered, i.e., fault-predictability and event-based opacity. The former is a property in the literature, characterizing the situation that the occurrence of any fault in a system is predictable, while the latter is a newly proposed property in the thesis, which describes the fact that secret events of a system cannot be revealed to an external observer within their critical horizons. In the case of fault-predictability, DES are modeled by labeled PN. A necessary and sufficient condition for fault-predictability is derived by characterizing the structure of the Predictor Graph. Furthermore, two rules are proposed to reduce the size of a PN, which allow us to analyze the fault-predictability of the original net by verifying that of the reduced net. When studying event-based opacity, we use deterministic finite-state automata as the reference formalism. Considering different scenarios, we propose four notions, namely, K-observation event-opacity, infinite-observation event-opacity, event-opacity and combinational event-opacity. Moreover, verifiers are proposed to analyze these properties

The 1992 Goddard Conference on Space Applications of Artificial Intelligence

The purpose of this conference is to provide a forum in which current research and development directed at space applications of artificial intelligence can be presented and discussed. The papers fall into the following areas: planning and scheduling, control, fault monitoring/diagnosis and recovery, information management, tools, neural networks, and miscellaneous applications