Cyber-Physical Systems

Dozent:

Dr.-Ing. Torsten Klie

Modulbeschreibung:

Cyber-Physical Systems

Umfang/Stunden:

V2 + Ü2 (zusammen 5 ECTS)

Ort und Zeit der Vorlesung:

Donnerstag, 10:15 – 11:45, Raum 01.150-128

Erste Vorlesung: Donnerstag, 17.10.2024, 10:15 Uhr 

Anmeldung über StudOn

Ort und Zeit der Übungen:

Freitag, 10:15 – 11:45, Raum 0.031-113

Beginn der Übung: zweite Semesterwoche (in der ersten Woche findet im Slot der Übung einmalig die Vorlesung statt)

Unterlagen (Folien, Übungen, sonstige Dateien):

Alle Unterlagen zur Vorlesung und Übung finden sich in StudOn

Einführung

Klassische Computersysteme zeichnen sich durch eine strikte Trennung von realer und virtueller Welt aus. Moderne Steuerungssysteme, die z.B. in modernen Fahrzeugen verbaut sind und die aus einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren bestehen, entsprechen diesem Bild nur sehr eingeschränkt. Diese Systeme, oft „Cyber-physical Systems (CPS)“ genannt, erkennen ihre physische Umgebung, verarbeiten diese Informationen und können die physische Umwelt auch koordiniert beeinflussen. Hierzu ist eine starke Kopplung von physischem Anwendungsmodell und dem Computer-Steuerungsmodell nötig. Im Unterschied zu Eingebetteten Systemen bestehen CPS meist aus vielen vernetzten Komponenten, die sich selbständig untereinander koordinieren.

Inhalte:

  • Was sind Cyber-physical Systems? (Definitionen, Abgrenzung zu eingebetteten Systemen, Ubiquitous Computing, etc.)
  • Kontrolltheorie und Echtzeitanforderungen
  • Selbstorganisationsprinzipien („Self-X“, Autonomie, Verhandlungen)
  • Kommunikation in Cyber-physical Systems
  • Anwendungen für Cyber-physical Systems (Beispiele für existierende oder visionäre zukünftige Anwendungen im Bereich Verkehr, Medizintechnik, u.a.)
  • Entwurfsmethoden für Cyber-physical Systems (Modellierung, Programmierung, Model-Based Design)

Literatur:

  • Andrea Bondavalli, Sara Bouchenak und Hermann Kopetz (Hrsg.) Cyber-Physical Systems of Systems: Foundations – A Conceptual Model and Some Derivations: The AMADEOS Legacy. Springer 2016.
  • Otto Föllinger Regelungstechnik. Hüthig 1992.
  • Hilmar Jaschek und Holger Voos Grundkurs der Regelungstechnik. Oldenbourg 2010.
  • Jörg Kahlert Crash-Kurs Regelungstechnik. VDE Verlag 2010.
  • Peter Marwedel Embedded Systems Design – Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems, and the Internet of Things, 4. Auflage. Springer 2021
  • André Platzner Logic Foundations of Cyber-physical Systems. Springer 2018.
  • Wolfgang Schneider Praktische Regelungstechnik. Vieweg+Teubner 2008.
  • Walid M. Taha, Abd-Ehamid M. Taha und Johan Thunberg Cyber-physical Systems – A Model-based Approach. Springer 2021.