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- Resumen es exacto "Los Sistemas Ciber-Físicos (SCF) integran los dominios físico y algorítmico para los que se debe controlar el cumplimiento de la calidad de operación tanto sobre procesos físicos como cibernéticos (computacionales) que se afectan mutuamente. Se trata de sistemas híbridos, cuyas dinámicas principales requieren representaciones formales como sistemas continuos, de tiempo discreto y/o de eventos discretos.
En los SCFs debe garantizarse una calidad de operación integral aun en ambientes de operación impredecibles. Aplicaciones como los vehículos aéreos no tripulados (VANT) pueden sufrir consecuencias catastróficas si la calidad del control de la dinámica física es ineficiente. Si además consideramos que la misión de un VANT es realizar procesamiento de datos durante un vuelo, un control ineficiente de la calidad de servicio del software abordo puede conllevar el fracaso de una misión completa. En contextos de recursos computacionales escasos, siendo las plataformas robóticas un ejemplo paradigmático, la adjudicación dinámica y eficiente de recursos a distintos controladores se torna un aspecto central. Es deseable, entonces, dotar al SCF de capacidades auto adaptivas mediante controladores cooperativos. Por ejemplo, la estabilidad de vuelo puede verse temporalmente relajada en pos de la eficiencia de un protocolo de comunicación, y viceversa. Este es el campo de acción de los controladores híbridos, que buscan satisfacer objetivos de control múltiples en sistemas modelados mediante dinámicas continuas (e.g. ecuaciones diferenciales) y dinámicas discretas (e.g. máquinas de estados). Actualmente no existe una teoría clara y unificada que permita diseñar controladores híbridos bajo un mismo marco de análisis, permitiendo capturar la interacción entre requerimientos físicos y computacionales. Esto exige procesos de diseño de controladores heterogéneos bajo una plataforma unificada. La ingeniería de modelado y simulación puede ofrecer el marco necesario para facilitar la interconexión robusta de componentes híbridos.
En esta Tesis desarrollamos nuevas herramientas para modelado, simulación y validación de controladores híbridos para SCFs con capacidad de satisfacerrequisitos de asignación dinámica de recursos. Adoptamos el formalismo DEVS (por Especificación de Sistemas de Eventos Discretos) de modelado y simulación que permite expresar de manera exacta cualquier sistema discreto y aproximar sistemas continuos con cualquier grado de precisión deseado, obteniendo modelos híbridos con garantías de correctitud de simulación. Luego proponemos una metodología de diseño basada en continuidad de modelos. Esto permite desarrollar algoritmos de control en forma de modelos de simulación DEVS que se preservan y refinan durante el ciclo de desarrollo incluyendo su despliegue final en robots, donde operan en modalidad hardwarein- the-loop. Asimismo, proponemos nuevos controladores supervisorios, híbridos y jerárquicos, que ofrecen garantías de calidad de servicio integral en robots tipo VANT donde controladores de vuelo y de sistemas de software compiten por recursos escasos. Los casos de estudio incluyen experimentación de campo con vehículos tipo multirotor, avión de ala fija y plataforma deslizante.
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