Их новый подход может показать, что система управления может быть не такой надежной, как предполагалось ранее на основе предыдущих тестов. За свою работу исследовательская группа получила награду «Лучшая статья» на всемирно известной конференции Euromicro по системам реального времени (ECRTS).

Системы управления, контролирующие правильную работу устройства или отдельных компонентов системы, используются во многих областях: от регулирования температуры холодильника дома до управления круиз-контролем автомобиля или мониторинга различных этапов производства на заводе. Во всех трех примерах отказ системы управления будет иметь негативные последствия. «По этой причине эти системы по своей конструкции устойчивы к различным возмущениям», — говорит профессор компьютерных наук Мартина Маджио, которая преподает в Саарландском университете с 2020 года и проводит исследования на стыке проектирования систем управления и компьютерного проектирования.

До сих пор исследования были сосредоточены в основном на стабильности систем управления — то есть на том, сколько потерь сигнала может выдержать такая система, прежде чем полностью выйти из строя. «Стабильность — важный показатель устойчивости системы управления, но, на наш взгляд, анализ должен быть более точным. Что произойдет, если датчик или исполнительный механизм продолжит получать сигнал, но контроллер «просто» не уложится в срок и передаст управляющий сигнал с определенной задержкой?» — спрашивает профессор.

Именно здесь вступает в дело исследовательская группа Мартины Маджио: в отличие от предыдущих методов, новый подход международной команды показывает не только то, является ли система управления отказоустойчивой или нет, но и в какой момент она начинает испытывать снижение производительности. Ученые также могут определить, сколько времени требуется системе для восстановления своего полного потенциала после падения производительности.
«Благодаря этому наш метод может показать, что система управления может быть не такой устойчивой, как предполагалось ранее на основе предыдущих тестов. Это связано с тем, что до полного отказа системы могут возникать нежелательные и даже опасные модели поведения, которые с помощью нашего метода можно обнаружить на ранней стадии и, следовательно, избежать», — говорит Мартина Маджио.

Предложенная новая методика анализа позволяет точно определить, сколько «пропусков сроков» может допустить система управления, прежде чем ее производительность снизится ниже приемлемого уровня. Это также позволяет оптимизировать систему. Методика может использоваться для принятия решения о том, когда следует вкладывать больше ресурсов в выполнение системы управления для поддержания производительности. Но она также может помочь выявить, где вкладывается слишком много ресурсов, и сэкономить вычислительную мощность, ослабив ограничения по умолчанию. Исследователи протестировали свой метод на эталонном наборе из 133 систем, считающихся репрезентативными для промышленных систем управления. Таким образом, они смогли продемонстрировать, что предложенный ими анализ производительности является достоверным приближением к реальной производительности системы.

За эту работу, инициированную Мартиной Маджио в Лундском университете и выполненную в сотрудничестве со своими аспирантами Нильсом Времаном и Антоном Червином (оба из Лундского университета, Швеция), они были совместно удостоены премии «Лучшая статья» на конференции «Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS) 2021». Данная работа проводится в рамках проекта ADMORPH Европейского союза в рамках программы Horizon 2020 (http://www.admorph.eu).