title: Modelling, Design and Analysis of Cyber-Physical Systems
title: Μοντελοποίηση, Σχεδιασμός και Ανάλυση Κυβερνοφυσικών Συστημάτων
Creators: name: Konstantopoulos, Georgios
Publisher: name: Kallipos, Open Academic Editions
Year: 2022
Subjects: Κυβερνοφυσικά συστήματα
Δυναμικά συστήματα
Διακριτά Συστήματα
Δικτυωμένα Συστήματα
Υβριδικά συστήματα
Ενσωματωμένα συστήματα
Έλεγχος
Αλγεβρική θεωρία γράφων
Cyber-Physical Systems
Dynamic systems
Discrete systems
Networked systems
Hybrid systems
Embedded systems
Control
Algebraic graph theory

description: A Cyber-Physical System (CPS) consists of multiple computing devices which communicate between them as well as with the physical world through sensor and actuators in a closed-loop form. The aim of this book is to describe the concept of cyber-physical systems with emphasis on the modelling, design and analysis of modern systems given in the form of a cyber-physical system. The book contains multiple examples of cyber-physical systems from the areas of robotics, sensor networks and smart grids to assist in the understanding of the cyber-physical systems concept. First, continuous-time dynamic systems are analysed, including methods for control design and stability analysis, which are used to model the physical layer as well as its interaction with the cyber layer. Then, the concept of networked systems is presented, which are analysed through matrix and algebraic graph theory. Discrete systems are consequently presented using state machines (finite state machines, extended state machines, non-deterministic machines); these systems are then combined with the continuous-time dynamic systems to form the hybrid systems, which consist of a composition of continuous and discrete dynamics, as commonly found in cyber-physical systems. Finally, since the design of cyber-physical systems requires suitable selection of the components that are necessary for the interaction between the physical and the cyber layers, this book briefly presents the main individual components that are used to design a cyber-physical system (sensors, actuators, embedded microprocessors, memory architecture and input/output units).
description: Το Κυβερνοφυσικό Σύστημα (Cyber-Physical System – CPS) αποτελείται από πολλαπλές υπολογιστικές συσκευές, οι οποίες επικοινωνούν μεταξύ τους και με τον φυσικό κόσμο μέσω αισθητήρων και ενεργοποιητών, σε μια μορφή κλειστού βρόχου. Σκοπός του συγγράμματος είναι να περιγράψει την έννοια του κυβερνοφυσικού συστήματος εστιάζοντας στη μοντελοποίηση, στο σχεδιασμό και στην ανάλυση σύγχρονων συστημάτων ως κυβερνοφυσικά συστήματα. Περιλαμβάνει αρκετά παραδείγματα κυβερνοφυσικών συστημάτων από τις περιοχές της ρομποτικής, των δικτύων αισθητήρων και των έξυπνων δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας για την κατανόηση της έννοιας του κυβερνοφυσικού συστήματος. Αρχικά, αναλύονται τα δυναμικά συστήματα συνεχούς χρόνου, ο σχεδιασμός ελέγχου και η μέθοδοι ανάλυσης ευστάθειας για τη μοντελοποίηση του φυσικού επιπέδου και την αλληλεπίδραση του με το cyber επίπεδο. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται η έννοια των δικτυωμένων συστημάτων και γίνεται η ανάλυση τους με χρήση θεωρίας πινάκων και αλγεβρικής θεωρίας γράφων. Έπειτα, ακολουθεί η περιγραφή των διακριτών συστημάτων με χρήση μηχανών κατάστασης (μηχανές πεπερασμένης κατάστασης, εκτεταμένης κατάστασης, μη ντετερμινιστικές μηχανές), τα οποία συνδυάζονται με τα δυναμικά συστήματα συνεχούς χρόνου για το σχεδιασμό υβριδικών συστημάτων που αποτελούνται από μια σύνθεση συνεχών και διακριτών δυναμικών, όπως εμφανίζονται στα κυβερνοφυσικά συστήματα. Τέλος, καθώς για το σχεδιασμό των κυβερνοφυσικών συστημάτων απαιτείται η κατάλληλη επιλογή των συσκευών που είναι απαραίτητες για την αλληλεπίδραση του φυσικού και του cyber επιπέδου, το σύγγραμμα περιλαμβάνει επίσης με συντομία τις βασικές επιμέρους δομικές μονάδες που χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό ενός κυβερνοφυσικού συστήματος (αισθητήρες, ενεργοποιητές, ενσωματωμένοι μικροεπεξεργαστές, αρχιτεκτονική μνήμης και μονάδες εισόδου/εξόδου).