Contribution to the integration of supervisory control theory in a model-based system engineering method
Contribution à l'intégration de la théorie du contrôle par supervision dans une méthode basée sur l'ingénierie dirigée par les modèles
Résumé
Supervisory Control Theory (SCT) is one of the most important formal paradigms for developing controllers for Discrete Event Systems (DESs). The large number of scientific contributions shows that SCT catches extensive academic interest and this theory has been proved to be applicable in various industrial domains such as manufacturing systems, embedded systems, transportation systems and energy systems. With SCT, the requirements which are checked afterward in conventional engineering are used as input for generation of the design of the controller the verification of this model can be eliminated. However the SCT suffers from an important lack of integration in a global design process which leads to the gaps between the theoretical development and applications of SCT within engineering practice. The Model-Based System Engineering (MBSE) provides the solutions to deal with the limitations of SCT. The objective of this study is to propose a novel framework for automatic control (AC) which integrates both SCT and MBSE to bridge the gaps formal paradigm and engineering process. In the proposed framework, different SysML diagrams are used to as complementary models which present the indispensible views of the system to be studied in the global modeling process. Secondly, in order to keep the consistency between SysML models and formal models, methods for formal modeling and verification are proposed. A case study introduced at the end prove that the proposed framework which provides a global development process from requirement analysis to controller implementation can well meet the needs of engineering practice.
La Théorie du Contrôle par Supervision (TCS) est l’un des paradigmes formels les plus importants pour le développement de contrôleurs dans le cadre de l’étude des systèmes à événements discrets (SED). Le grand nombre de contributions scientifiques montre que la TCS suscite un intérêt académique considérable et il a été prouvé que cette théorie était applicable dans divers domaines industriels tels que les systèmes de fabrication, les systèmes embarqués ou les systèmes de transport. Avec cette théorie, les exigences qui sont traditionnellement vérifiées postérieurement à la conception du contrôleur sont utilisées comme données d’entrées à la génération de ce contrôleur, qui est alors juste par construction. La conséquence immédiate est que l’étape de vérification n’a plus lieu d’être, ce qui élimine aussi tous les cycles de reconception et de vérification nécessaires à la mise au point du système. Cependant, cette théorie souffre d’un manque d’intégration dans un processus global de conception dans lequel les exigences initiales sur le système à concevoir sont utilisées pour définir d’une part les exigences sur ses sous-systèmes et d’autre part les contrôleurs locaux associés. L’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) fournit les solutions permettant de gérer les limitations de SCT. L’objectif de cette étude est de proposer un nouveau cadre pour la conception des contrôleurs, qui intègre à la fois TCS et IDM afin de combler les lacunes du paradigme formel et du processus d’ingénierie. Dans le cadre proposé, différents diagrammes SysML sont utilisés en tant que modèles complémentaires présentant les vues indispensables du système à étudier dans le processus de modélisation globale. De plus, afin de maintenir la cohérence entre les modèles SysML et les modèles formels, des méthodes de modélisation et de vérification formelles sont proposées. Une étude de cas présentée à la fin de la thèse montre que le cadre proposé, qui fournit un processus de développement global allant de l’analyse des besoins à la mise en œuvre du contrôleur, peut parfaitement répondre aux besoins de la pratique de l’ingénierie.
Origine : Version validée par le jury (STAR)