Switching Controller Synthesis for Delay Hybrid Systems under Perturbations
Creators
- 1. Institute of Software
- 2. Wuhan University
- 3. Peking University
Description
Delays are ubiquitous in modern hybrid systems, which exhibit both continuous and discrete dynamical behaviors. Induced by signal transmission, conversion, the nature of plants, and so on, delays may appear either in the continuous evolution of a hybrid system such that the evolution depends not only on the present state but also on its execution history, or in the discrete switching between its different control modes. In this paper we come up with a new model of hybrid systems, called \emph{delay hybrid automata}, to capture the dynamics of systems with the aforementioned two kinds of delays. Furthermore, based upon this model we study the robust switching controller synthesis problem such that the controlled delay system is able to satisfy the specified safety properties regardless of perturbations. To the end, a novel method is proposed to synthesize switching controllers based on the computation of differential invariants for continuous evolution and backward reachable sets of discrete jumps with delays. Finally, we implement a prototypical tool of our approach and demonstrate it on some case studies.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
التأخيرات موجودة في كل مكان في الأنظمة الهجينة الحديثة، والتي تظهر سلوكيات ديناميكية مستمرة ومنفصلة. قد تظهر التأخيرات الناجمة عن إرسال الإشارة، والتحويل، وطبيعة النباتات، وما إلى ذلك، إما في التطور المستمر لنظام هجين بحيث لا يعتمد التطور على الحالة الحالية فحسب، بل أيضًا على تاريخ تنفيذه، أو في التبديل المنفصل بين أوضاع التحكم المختلفة. في هذه الورقة، توصلنا إلى نموذج جديد للأنظمة الهجينة، يسمى \emph {delay hybrid automata}، لالتقاط ديناميكيات الأنظمة بنوعي التأخير المذكورين أعلاه. علاوة على ذلك، استنادًا إلى هذا النموذج، ندرس مشكلة توليف وحدة التحكم في التبديل القوية بحيث يكون نظام التأخير المتحكم فيه قادرًا على تلبية خصائص السلامة المحددة بغض النظر عن الاضطرابات. في النهاية، يتم اقتراح طريقة جديدة لتجميع وحدات التحكم في التبديل بناءً على حساب الثوابت التفاضلية للتطور المستمر والمجموعات التي يمكن الوصول إليها للخلف من القفزات المنفصلة مع التأخير. أخيرًا، ننفذ أداة نموذجية لنهجنا ونوضحها في بعض دراسات الحالة.Translated Description (French)
Les retards sont omniprésents dans les systèmes hybrides modernes, qui présentent à la fois des comportements dynamiques continus et discrets. Induits par la transmission du signal, la conversion, la nature des plantes, etc., des retards peuvent apparaître soit dans l'évolution continue d'un système hybride de sorte que l'évolution dépend non seulement de l'état actuel mais aussi de son historique d'exécution, soit dans la commutation discrète entre ses différents modes de commande. Dans cet article, nous proposons un nouveau modèle de systèmes hybrides, appelé \emph{delay hybrid automata}, pour capturer la dynamique des systèmes avec les deux types de retards susmentionnés. En outre, sur la base de ce modèle, nous étudions le problème de synthèse du contrôleur de commutation robuste de sorte que le système à retard contrôlé est capable de satisfaire les propriétés de sécurité spécifiées indépendamment des perturbations. À la fin, un nouveau procédé est proposé pour synthétiser des contrôleurs de commutation basés sur le calcul d'invariants différentiels pour une évolution continue et des ensembles de sauts discrets atteignables en arrière avec des retards. Enfin, nous mettons en place un outil prototypique de notre démarche et le démontrons sur certaines études de cas.Translated Description (Spanish)
Los retrasos son omnipresentes en los sistemas híbridos modernos, que exhiben comportamientos dinámicos continuos y discretos. Inducidos por la transmisión de señales, la conversión, la naturaleza de las plantas, etc., los retrasos pueden aparecer en la evolución continua de un sistema híbrido, de modo que la evolución depende no solo del estado actual sino también de su historial de ejecución, o en la conmutación discreta entre sus diferentes modos de control. En este artículo proponemos un nuevo modelo de sistemas híbridos, llamado \emph{delay hybrid automata}, para capturar la dinámica de los sistemas con los dos tipos de retrasos antes mencionados. Además, en base a este modelo, estudiamos el robusto problema de síntesis del controlador de conmutación, de modo que el sistema de retardo controlado pueda satisfacer las propiedades de seguridad especificadas independientemente de las perturbaciones. Para finalizar, se propone un novedoso método para sintetizar controladores de conmutación basado en el cálculo de invariantes diferenciales para evolución continua y conjuntos alcanzables hacia atrás de saltos discretos con retardos. Finalmente, implementamos una herramienta prototípica de nuestro enfoque y la demostramos en algunos estudios de caso.Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تركيب وحدة التحكم في التبديل لأنظمة التأخير الهجينة في ظل الاضطرابات
- Translated title (French)
- Synthèse du contrôleur de commutation pour les systèmes hybrides à retardement sous perturbations
- Translated title (Spanish)
- Síntesis del controlador de conmutación para sistemas híbridos de retardo bajo perturbaciones
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3136855603
- DOI
- 10.48550/arxiv.2103.11565
References
- https://openalex.org/W1483893502
- https://openalex.org/W1500921805
- https://openalex.org/W152729695
- https://openalex.org/W1547304883
- https://openalex.org/W1966397236
- https://openalex.org/W1990630015
- https://openalex.org/W1990866356
- https://openalex.org/W2004463571
- https://openalex.org/W2026629052
- https://openalex.org/W2085838366
- https://openalex.org/W2123357397
- https://openalex.org/W2128076627
- https://openalex.org/W2129965357
- https://openalex.org/W2132006913
- https://openalex.org/W2134590937
- https://openalex.org/W2163847201
- https://openalex.org/W2474433838
- https://openalex.org/W2554539258
- https://openalex.org/W2588676130
- https://openalex.org/W2594675090
- https://openalex.org/W2603469395
- https://openalex.org/W2613607093
- https://openalex.org/W2741978752
- https://openalex.org/W2795585950
- https://openalex.org/W2892932152
- https://openalex.org/W2936781873
- https://openalex.org/W2960231273
- https://openalex.org/W2962709723
- https://openalex.org/W2962899708
- https://openalex.org/W2962984511
- https://openalex.org/W2979540529
- https://openalex.org/W3007408361
- https://openalex.org/W3009072669
- https://openalex.org/W3104168345
- https://openalex.org/W3119147583
- https://openalex.org/W856973001