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31/3/09ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 1
ConecsSdF :Atelier Benchmark
Paris, 28 janvier 2010
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 2
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…
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 3
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
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 4
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• …
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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
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Système étudié (NCS)
• Modèle d'architecture générique (utilisé)
Système decommunicatio
n
Système decommunicatio
n
intelligencelocale
intelligencelocale
Capteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteurCapteurActionneurCapteurCapteurActionneur
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Système étudié (NCS)
• 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
… …
…
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 8
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
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 9
Nature des systèmes
• Systèmes commandés en réseau
Système decommunicatio
n
Système decommunicatio
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
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 10
Nature des systèmes
• Systèmes autonomes communicants
Système decommunicatio
n
Système decommunicatio
n
intelligencelocale
intelligencelocale
Capteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteurCapteurCapteurCapteurActionneur
CapteurCapteurActionneur
Caractéristiques :- Intelligence locale très
développée- Asservissements élémentaires
réalisés localement- Système de communication :
destiné plutôt à des fins de coordination
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 11
Nature des systèmes
• Systèmes d'instrumentation répartie
Système decommunicatio
n
Système decommunicatio
n
intelligencelocale
intelligencelocale
Capteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteurCapteurCapteurCapteurActionneur
CapteurCapteurActionneur
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)
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 12
Nature des systèmes
• Sous élément "système de communication"
Système decommunicatio
n
Système decommunicatio
n
intelligencelocale
intelligencelocale
Capteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteur
intelligencelocale
intelligencelocale
CapteurCapteurCapteurCapteurCapteurActionneur
CapteurCapteurActionneur
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 ().
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
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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
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 14
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
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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
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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…
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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…
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Sélectionner des cas-tests
• Thème 2 : Systèmes autonomes communicants
Commande locale mais en coopération
Possibilités :– Flote de robots
cf. film
Attentes :- Intelligence répartie- Sécurité…
28/1/10ConecsSdF, Co-design de systèmes commandés en
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Sélectionner des cas-tests
• 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,-…
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réseau et sûrs de fonctionnement (GT ARC) 20
Sélectionner des cas-tests
• Thème 4 : Sous-système de communication
Acheminement d’information
Possibilités :– Etude :
•Protocole existant•ou à inventer
Attentes :-Evaluationde la QoS,(face aux fautes)
-…
?
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Simulateur en OpenGL
• ExempleRobucar
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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
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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
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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
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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:
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