Naslov Automated configuring of non-iterative co-simulation modeled by synchronous data flow
Naslov (hrvatski) Automatizirano oblikovanje neiterativne kosimulacije modelirane sinkronim protokom podataka
Autor Slaven Glumac
Mentor Zdenko Kovačić (mentor)
Član povjerenstva Stjepan Bogdan (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Željko Ban (član povjerenstva)
Član povjerenstva Bojan Jerbić (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva (Zavod za automatiku i računalno inženjerstvo) Zagreb
Datum i država obrane 2022-05-03, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana TEHNIČKE ZNANOSTI Računarstvo
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 004 - Računalna znanost i tehnologija. Računalstvo. Obrada podataka
Sažetak This thesis proposes the use of a synchronous data flow graph (SDFG) to model the computation of a non-iterative co-simulation. An SDFG is a determinate model of computation with a lot of scheduling research available. A method for creating an SDFG from a co-simulation network, initial tokens and simulator step sizes is described. A simulator in the proposed method is a synchronous data flow actor that is used to model the execution of a co-simulation slave. It is shown that such an SDFG has consistent rates and uniformly updates the states of all simulators. To analyze the behavior of numerical errors introduced in the co-simulation, it is assumed that coupled ordinary differential equations can represent the modeled system. This thesis uses the numerical defect analysis to formulate a co-simulation quality criterion. The numerical defect is divided into integration, output and connection defects. Such a defect distribution reflects the division of responsibility between the co-simulation master and the internal solvers of the slaves. This work proposes how connection defects can be calculated and output defects can be estimated. Integration defects are not analyzed as it is assumed that they are controlled by internal solvers of the slaves. The proposed quality criterion for the co-simulation is based on the aggregation of the output and connection defects. The simulator step sizes, the number and values of the initial tokens should be determined in order to configure the execution of a co-simulation network. A method for calculating the number of initial tokens based on the simulator step sizes is proposed. It is shown that an SDFG with such number of initial tokens does not deadlock. Furthermore, a method how to check whether it can run in real-time is shown. The quality criterion enables an optimization approach to find the values of the initial tokens. In the proposed approach, the quality criterion is assessed in a single iteration of the SDFG. The Nelder-Mead algorithm is used to solve the optimization problem of finding initial token values. To complete the automatic configuration of the co-simulation, the simulator step sizes must be determined. This is done by reducing the simulator step sizes until the requested tolerance is met. This thesis proves that connection and output defects can be controlled by reducing simulator step sizes. The automated configuration algorithm presented in the last chapter is the main goal of this thesis. The methods for determining the step sizes of the simulator, the number and the values of the initial tokens are building blocks of this algorithm. The validity and usefulness of the proposed algorithm is justified with theorems and examples presented throughout this thesis.
Sažetak (hrvatski) Ovaj rad predlaže korištenje grafa sinkronog protoka podataka (SDFG) za modeliranje izračuna neiterativne kosimulacije. SDFG je jedinstveno definiran računski model s dostupnom literaturom u području planiranja izvedbe. Opisana je metoda za generiranje SDFG iz kosimulacijske mreže, početnih žetona i veličina koraka simulatora. Simulator u predloženoj metodi je agent sinkronog protoka podataka koji se koristi za modeliranje izvedbe kosimulacijske jedinice. Pokazalo se da takav SDFG ima konzistentne stope i jednoliko ažurira stanja svih simulatora. Pretpostavlja se da povezane obične diferencijalne jednadžbe mogu predstavljati modelirani sustav zbog analize ponašanja numeričkih pogrešaka unesenih u kosimulaciji. Ovaj rad koristi numeričku analizu defekata za formuliranje kriterija kvalitete kosimulacije. Numerički defekt dijeli se na integracijske, izlazne i spojne defekte. Takva raspodjela defekata odražava podjelu odgovornosti između algoritma upravljanja kosimulacijom i kosimulacijskih jedinica. Ovaj rad sugerira kako se mogu izračunati spojni defekti i procijeniti izlazni defekti. Izlazni defekti se ne analiziraju jer se pretpostavlja da ih kontroliraju algoritmi rješavanja običnih diferencijalnih jednadžbi. Predloženi kriterij kvalitete za kosimulaciju temelji se na spajanju izlaznih i spojnih defekata. Potrebno je odrediti veličinu koraka simulatora, broj i vrijednosti početnih žetona kako bi se oblikovalo izvođenje kosimulacijske mreže. Predložena je metoda za izračunavanje broja početnih žetona na temelju veličina koraka simulatora. Pokazano je da SDFG s takvim brojem početnih žetona ne dolazi u zastoj. Nadalje, prikazana je metoda kako provjeriti može li raditi u stvarnom vremenu. Kriterij kvalitete omogućuje optimizacijski pristup za pronalaženje vrijednosti početnih žetona. U predloženom pristupu, kriterij kvalitete ocjenjuje se u jednoj iteraciji SDFG-a. Nelder-Mead algoritam se koristi za rješavanje problema optimizacije pronalaženja početnih vrijednosti žetona. Da bi se dovršilo automatsko oblikovanje kosimulacije, mora se odrediti veličina koraka simulatora. To se postiže smanjenjem koraka simulatora sve dok se ne ispuni tražena tolerancija. Ovaj rad dokazuje da se spojni i izlazni defekti mogu kontrolirati smanjenjem koraka simulatora. Algoritam automatiziranog oblikovanja predstavljen u posljednjem poglavlju glavni je cilj ovog rada. Metode za određivanje veličine koraka simulatora, broja i vrijednosti početnih tokena osnovni su blokovi ovog algoritma. Valjanost i korisnost predloženog algoritma opravdane su teoremima i primjerima prikazanim u ovom radu.
Ključne riječi
co-simulation
synchronous data flow
error analysis
coupled ordinary differential equations
defect control
automated configuration
model-based development
Ključne riječi (hrvatski)
kosimulacija
model sinkronog protoka podataka
analiza pogreške
povezane obične diferencijalne jednadžbe
kontrola defekta
automatizirano oblikovanje
razvoj temeljen na modelu
Jezik engleski
URN:NBN urn:nbn:hr:168:965024
Datum promocije 2022
Studijski program Naziv: Računarstvo Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski znanstveni (doktorski) Akademski / stručni naziv: Doktor znanosti (dr. sc.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg 131 str. : graf. prikazi ; 30 cm.
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup Datum isteka embarga: 2022-05-04
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2022-07-11 08:12:07