31/3/09 conecssdf, co-design de systèmes commandés en réseau et sûrs de fonctionnement (gt arc)...

31/3/09ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en

réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 1

ConecsSdF :Atelier Benchmark

Paris, 28 janvier 2010



Introduction

Objectifs de l'Atelier :1. Sélectionner quelques systèmes Safe-NCS

fédérant les attentes et préoccupations de tous

2. Pouvoir étudier les méthodes et outils pour :– l'évaluation d'un Safe-NCS (ou d'un de ses éléments)

– l'identification de ses points faibles– la conception du Safe-NCS

(déterminer l'architecture HW/SW d'un Safe-NCS)

3. Indirectement, réflexion sur :Nature d’un NCS, Indicateurs de performance, Types

et finesse des modélisations…



Contenu de la présentation

1. Modèle d’un NCS2. NCS (matériels dispo. et outils d’étude)3. Différents NCS

1. selon leur nature (robots mobiles, systèmes distr…)

2. selon l’objectif de l’étude (analyser ou concevoir)

4. Définir des cas-test



Inventaire

Systèmes présentés ou évoqués lors de la précédente réunion :

• PLATA Transport• Steer-by-wire• Communication sans fil• Pendule inversé• Bras robotisé• Robot mobile autonome• Flotte de robots mobiles autonomes• Système de géo-localisation• …



Système étudié (NCS)

• Modèles d'architecture générique

Actuator

Controller

Physical Plant

Control Network

Sensor

ControlReconfiguration

Fault diagnosis

Mesurer_1 (VP, VC)

Décider_1 (VP, VC)

Agir_1 (VP, VC)

Mesurer_n (VP, VC)

Décider_n (VP, VC)

Agir_n (VP, VC)

CommuniquerID_Dat_VP RP_Dat_VP

RéseauID_Dat_VC RD_Dat_VC




• Modèle d'architecture générique (utilisé)

Système decommunicatio

n


n

intelligencelocale

intelligencelocale

Capteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteurCapteurActionneurCapteurCapteurActionneur




• Système de communication hiérarchique

Source : http://www.iutnb.uhp-nancy.fr

Sys de

com.

Sys de

com.

Sys de

com.

Sys de

com.

Sys de

com.

Sys de

com.

intel. locale

intel. locale

Sys de

com.

Sys de

com.

intel. locale

intel. locale

intel. locale

intel. locale

…

Système decommunica

tion

Système decommunica

tion

… …

…



Outils ou Matériels utilisés

• Outils :– TrueTime

(Matlab/Simulink)– OpNet– des plate-formes de

simulation logiciel

• Matériels :– Robots mobiles

• Khepera• Robotino (Festo)• Robucar/Cycab

– Architecture robotisé– Nœuds :

• Motes MicaZ, i-Mote2• ZigbeePro, 6loWPAN• TOI CC2431

Possesseurs : GIPSA-Lab, LAGIS (Travel), LIRMM, LORIA (Samovar), ICAM



Nature des systèmes

• Systèmes commandés en réseau


n


n

intelligencelocale

intelligencelocale

Capteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteurCapteurCapteurCapteurActionneur

CapteurCapteurActionneur

Caractéristiques :- Commande plutôt centralisée,- Des instruments avec peu d’autonomie, fonction :

- transmission de leur mesure (capt.)- ou application de l’ordre (act.)

- Système de communication :simple lien entre l’unité de traitementet les interfaces I/O




• Systèmes autonomes communicants


n


n

intelligencelocale

intelligencelocale

Capteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteur

intelligencelocale

intelligencelocale



Caractéristiques :- Intelligence locale très

développée- Asservissements élémentaires

réalisés localement- Système de communication :

destiné plutôt à des fins de coordination




• Systèmes d'instrumentation répartie


n


n

intelligencelocale

intelligencelocale

Capteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteur

intelligencelocale

intelligencelocale



Caractéristiques :- Abonnés

géographiquement très distants

- Maintenir un accès à l’information, pour :

-un nœud central,-ou les abonnés.

- Eventuellement, syst. de comm. comme un moyen de mesure (ex. GPS)




• Sous élément "système de communication"


n


n

intelligencelocale

intelligencelocale

Capteur

intelligencelocale

intelligencelocale

CapteurCapteur

intelligencelocale

intelligencelocale



ArchitectureProtocole

+ =

QoS

Caractéristiques :- Ne considérer que le système de

communication

Objectif :- Déterminer ses caractéristiques

fonctionnelles (=QoS) :-Temps de réponse,-Débit utile,…

- A partir :-du protocole,-de l’architecture (nb. de nœuds),-d’hypothèses de fautes ().



Thème des cas-test

• Thèmes à couvrir :– du protocole à la QoS

A partir d'une description d'un protocole de communication, comment établir une description de la QoS (utile pour évaluer la QoC)

– système de commande en réseauComment déterminer la meilleure commande (QoC) d’un

système aux composants distribués autour d’un système de comm. connu (QoS)

– système mobile en réseauComment déterminer la meilleure intelligence locale d’un

élément autonome de sorte à maximiser la performance d’un groupe chargé de se coordonner

Part lié

e à

la co

mm

ande

Part lié

e à

la co

mm

unica

tion



Que chercher et comment ?

• Différents types d'étude (Que chercher ?)Architecture

matérielle

définie

àconcevoir

Architecture logicielle/réseau

définie

à concevoir

-Evaluation de la SdF (ou QoS)-Identification des faiblesses

Processusdéfini

+ fonctionsattendues

-Recherche des traitements :-de diagnostic, -de reconfiguration-de tolérance aux fautes

-Distributions des traitements-Paramétrer ces traitements :

-loi de commande (+ para)-configurationdes interface de com.

Activité de co-conception-déterminer la meilleurearchitecture HW/SW



Que chercher et comment ?

• Différentes façons d'évaluer (Comment ?)

-Evaluation de la SdF (QoS)-Identification des faiblesses

-Recherche des traitements-Distributions des traitements-Lois de commande, paramètresde communication… (…)

Activité de co-conception= Déterminer la meilleurearchitecture HW/SW

Que prendre en compte ? Et que juger ?-Nature des fautes

panne, usure, faute -Vue dynamique ou statique

comportement-Coût financier des composants

nombre, sélection des comp.

Finesse du modèle

-QoS-QoC-Paramètres de SdF (A(t), R(t),…)-Coût global du système

Métrique employée



Forme des cas-test

Un cas-test, ce peut être :• Description d'un problème

– Spécification « papier » du problèmeproblème simple à définir, difficile à résoudrebien fixer les hypothèses du problème et les

variantes possibles

• Complétée par des outils de test et d'analyse :– existence d'une plate-forme réelle d'expérimentation– outils logiciels :

• modèle Matlab,• programme de simulation…



Sélectionner des cas-tests

• Thème 1 : Systèmes commandés en réseau Réseau, un lien entre l’unité de commande (régulateur)

et les instruments (capteurs, actionneurs)

Possibilités :– Ascenseur… (discret),

– Bras robotisé (mixte), – Cuve, chaudière

(continue)…

Attentes :- QoC,-FDI,-FTC,-Sécurité…




• Thème 2 : Systèmes autonomes communicants

Commande locale mais en coopération

Possibilités :– Flote de robots

cf. film

Attentes :- Intelligence répartie- Sécurité…




• Thème 3 : Systèmes d'instrumentation répartie

Abonnés éloignés (peu d’interaction physique)

Possibilités :– ens. de capteurs

(sismographe…)

– ens. d’élements mobiles (train, camion…)

Attentes :-QoS,-…




• Thème 4 : Sous-système de communication

Acheminement d’information

Possibilités :– Etude :

•Protocole existant•ou à inventer

Attentes :-Evaluationde la QoS,(face aux fautes)

-…

?



Simulateur en OpenGL

• ExempleRobucar



LORIA (TRIO)

Réseau de capteurs et actionneurs sans fil (SAMOVAR)

Matériel utilisé :• Motes MicaZ et i-Mote2 de Crossbow• ZigbeePRO et 6loWPAN de Jennic• SNA (Sensor Network Analyzer) de Daintree

networks• TI CC2431 (avec localisation)• Robots Khepera



LIRMM

• architecture logicielle robotique constituée de modules dans lesquels il est

possible aux automaticiens / roboticiens d'implémenter leur algorithme sans s'occuper de l'aspect logiciel / info indus



GIPSA-LAB

Matériel utilisé :

• TrueTime : bibliothèque de simulation de réseaux pour Matlab/Simulink

• OpNet : logiciel de simulation de réseaux (Modeler + d'autres bibliothèques + SiTl : qui permet d'interfacer des réseaux réels et des réseaux simulés sous OpNet pour faire du Harware in the Loop par exemple)

• 2 robots Khepera, avec des interfaces de communication WiFi, permettant de faire travailler des "flottes" de véhicules



ICAM

• Développement d’un démonstrateur pour la Valorisation d’expertise en robotique mobile. •Cible: Centres R&D, Recherche académique collaborative

Enjeux industriels

Problématiques scientifiques•Recherche multidisciplinaire : Automatique, informatique temps réel distribuée, mécatronique et TIC. Problème d’interopérabilité•Conception et implémentation d’algorithmes avancés de contrôle/ commande temps réel, réparti sur robots communicant via Internet.•Problèmes de stabilisation liés aux délais de transmission réseau•Modélisation des interactions entre entités mobiles distribuées, dotées d’intelligence artificielle embarquée. Approche par les « systèmes multi agents »•. Etude et mise au point d’Interface Home-Machine avancée offrant à un télé opérateur un retour d’information, enrichi et en temps réel, en provenance des robots télé manipulés: principe de la réalité augmentée, effet haptique (retour d’effort) …

•Durée : 3 ans•Début du projet : janvier 2007

Fiche signalétique du projet

Principaux partenaires

Mots clés : Navigation autonome, Intelligence embarquée, contrôle/Commande distribué, Télé-opération, coopération/interaction Robots distants

Architecture de base de la Plateforme

Projet « Robotique Mobile»Plateforme distribuée de Recherche en Robotique Mobile

Responsable Projet : Allal SAADANE, Enseignant chercheur ICAM Lille

Projet réalisé avec le concours

de:

31/3/09 conecssdf, co-design de systèmes commandés en réseau et sûrs de fonctionnement (gt arc)...

Documents