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« Exploration des approches de synchronisation directes pour la simulation unifiée et de haut niveau des systèmes continus/discrets ».

Auteur : B.J. Fernandez-Mesa
Directeur de thèse : F. Pétrot
Co-directeur de thèse : L. Andrade Porras
Rapporteur(s) de thèse : Ch. Grimm, R. De Simone,
Examinateur(s) de thèse : F. Maraninchi , Fr. Pecheux, N. Ventroux, R. Dömer,
These de Doctorat Université Grenoble Alpes
Spécialité : Informatique
Soutenance : 14/10/2021

Résumé

Les systèmes cyber-physiques intégrés actuels combinent des composants numériques et analogiques qui interagissent et permettent de créer des comportements de systèmes complexes. Les composants numériques peuvent être matériels et logiciels tandis que les composants analogiques peuvent être électriques, mécaniques, etc. Leur intégration a des applications critiques pour la sécurité dans l’aérospatiale, l’automobile, la défense et d’autres industries. Les concepteurs doivent assurer un fonctionnement prévisible dans le cadre de budgets de conception limités et de courts intervalles de mise sur le marché. À cette fin, ils s’appuient sur la modélisation et la simulation.

Cependant, la simulation de systèmes cyber-physiques est sujette à des problèmes de précision et de vitesse. La simulation des composants numériques est basée sur des événements discrets (ED) et elle progresse par pas de temps discrets. La simulation de composants analogiques est basée sur des équations différentielles en temps continu (CT) et progresse dans un continuum temporel. Malgré des représentations temporelles différentes, les données doivent être transmises entre les deux domaines à des instants précis (synchronisation). Une solution est la synchronisation à pas fixe, qui se produit à des pas de temps réguliers et statiquement définis par l’utilisateur. Mais cela pose un dilemme : soit le pas de temps est petit, la simulation précise mais lente, soit le pas de temps est grand, la simulation peut-être imprécise, mais rapide. La synchronisation TC et ED a un impact considérable sur la précision et la vitesse de la simulation.

L’objectif de cette thèse est d’accélérer la simulation de modèles combinés en TC et à ED. Dans ce but, nous proposons un algorithme de synchronisation séquentielle directe CT/DE qui fait interagir les domaines TC et ED par événements. La synchronisation n’a lieu qu’aux moments de notification des événements, préservant la précision et améliorant la vitesse par rapport aux approches à pas fixes. Cependant, la synchronisation directe augmente les coûts de modélisation : elle oblige les composants en TC à communiquer uniquement par événements. Pour répondre à ce problème, nous proposons également une interface de modélisation qui peut être définie automatiquement par un modèle de calcul en TC. Cela permet aux concepteurs de spécifier des modèles uniquement en interconnectant des primitives dont certaines gèrent la communication par événements. De tels modèles prennent une forme de représentation graphique, par exemple, sous forme de circuits électriques, et sont simulés sur notre algorithme avec une précision et une vitesse élevées.

Enfin, sur la base de notre algorithme séquentiel, nous proposons un algorithme parallèle pour la simulation de modèles combinés contenant plusieurs composants en TC. Notre solution regroupe ces composants, synchronise leur exécution et les simule en parallèle. La vitesse de simulation est améliorée par rapport à notre algorithme séquentiel, qui fournit déjà une accélération importante par rapport aux approches à pas fixes. La simulation en TC et à ED avec une précision et une vitesse élevées est une aide à la conception de systèmes cyber-physiques complexes hautement fiables et performants.

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ID de réunion : 922 2890 1494
Code secret : 646631