1、分布式控制与嵌入式系统的优化设计

分布式控制与嵌入式系统的优化设计

一、分布式控制与嵌入式系统概述

分布式控制与嵌入式系统（DCESs）在航空电子、汽车、能源生产、太空探索等众多领域无处不在。这些系统将实时控制和通信功能集成在特定的分布式硬件/软件架构上，对现代工业的发展至关重要。例如，没有 DCESs，现有的核电站就无法满足当前的安全要求；在太空探索中，DCESs 对于派遣机器人、航天飞机和卫星至关重要；在汽车领域，小型嵌入式计算机实现了巡航控制、导航系统、防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）、安全气囊、最优喷射控制等功能，使驾驶更有趣、更安全、更清洁。

DCESs 的设计质量直接关系到最终产品的质量、性能和安全性，也会影响相关公司的业绩。大规模生产的严格限制使得嵌入式计算机和通信组件的价格更加敏感，新产品在质量和性能方面的要求不仅需要新的设计方法和工具，还需要更好地利用系统提供的资源。此外，市场竞争迫使工程师设计出更高效、更复杂、更便宜且设计和生产周期更短的产品。

二、DCESs 设计的挑战与现状

为应对这些科学和技术挑战，不同的研究团队和工程师根据各自的科学文化提出了各种 DCESs 设计方法和工具。这些方法和工具主要基于离散或连续的计算模型，通常涉及计算机科学或控制系统领域的研究人员和工程师。目前的研究结果表明，这种科学二分法实际上是对具有离散和连续动态的混合动态系统（HDS）的不同视角。

在 20 世纪 90 年代，出现了多个提供 HDS 建模、设计和验证工具的项目，如 HyTech、Ptolemy、UPPAAL、KRONOS、HYSDEL 等。实验表明，处理模型复杂性的方法对于 DCESs 的设计和验证至关重要，深入了解模型的实用方法对于管理复杂性和确保设计