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Title: Contribuição à modelagem de sistemas de controle via rede.
Other Titles: Contribution to the modeling of network control systems.
???metadata.dc.creator???: SÁ, Jadsonlee da Silva.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: ROCHA NETO, José Sérgio da.
???metadata.dc.contributor.advisor2???: LIMA, Antonio Marcus Nogueira.
???metadata.dc.contributor.referee1???: PERKUSICH, Angelo.
???metadata.dc.contributor.referee2???: OLIVEIRA, Amauri.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MORENO, Ubirajara Franco.
???metadata.dc.contributor.referee4???: BAUCHSPIESS, Adolfo.
???metadata.dc.contributor.referee5???: SOUZA, Benemar Alencar de.
Keywords: Arquitetura de redes;Sistema de controle via rede;Gerenciamento remoto;Redes - controle remoto;Arquiteturas em rede;Rede CAN - Controller Area Network;Controller Area Network - CAN;PID Controladores - Proporcional Integral Derivativo;Técnica hardware in the loop;Malhas de controle - redes
Issue Date: 15-Apr-2016
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: SÁ, Jadsonlee da Silva. Contribuição à modelagem de sistemas de controle via rede. 2016. 269f. (Tese de Doutorado em Engenharia Elétrica), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática , Universidade Federal de Campina Grande – Paraíba Brasil, 2016.
???metadata.dc.description.resumo???: Sistemas de controle via rede são sistemas onde malhas de controle são fechadas por meio de uma rede de comunicação. Esses sistemas podem ser encontrados em várias aplicações de controle complexas tais como, nas aplicações automotivas, em aeronaves, na robótica, na indústria de manufatura entre outras. A utilização de arquiteturas em rede possibilitam uma melhoria na confiabilidade e flexibilidade de operação, redução da quantidade de cabos e dos custos, facilidade de instalação, manutenção e diagnóstico do sistema. Entretanto, arquiteturas em rede introduzem novos desafios, que tornam o projeto e implementação de sistemas de controle uma atividade complexa. Basicamente, redes de comunicação podem causar atrasos variáveis e perdas de mensagens durante os ciclos de operação das malhas de controle, além de outras particularidades, que podem degradar o desempenho e até causar a instabilidade dos processos físicos. Nas duas últimas décadas, vários trabalhos foram desenvolvidos na tentativa de superar esses desafios. Entretanto, na maioria desses trabalhos, as metodologias de projeto são complexas e geralmente a aplicabilidade é questionável, devido a suposições não realistas e, principalmente, ao grande esforço computacional exigido. Além disso, muitas dessas metodologias se aplicam apenas em arquiteturas mais simpleseé também comumconsiderar NCSs com uma única malhade controle, o que não condiz com a realidade das aplicações. Por outro lado, alguns trabalhos têm possibilitado a extensão de técnicas de controle mais simples e já consolidadas na prática no projeto de sistemas de controle via rede. Entretanto, alguns comportamentos causados pela arquitetura em rede ainda são desconsiderados, os quais na prática comprometemo funcionamento do sistema. Neste trabalho foi desenvolvido um procedimento para projetar sistemas de controle via rede CAN (Controller Area Network), considerando a integração das teorias relacionadas, de modo a verificar e mitigar os efeitos causados pela arquitetura em rede no desempenho das malhas de controle. O procedimento consiste de três atividades: projetar controladores PID (Proporcional Integral Derivativo) para processos com uma entrada e uma saída considerando atrasos de controle variantes no tempo, a partir do conceito da margem de jitter; desenvolver um framework utilizando modelagem formal em autômatos temporizados e autômatos temporizados com custo,e as abordagens verificação de modelos clássica e estatística,para determinar o comportamento temporal das malhas de controle,de modo a verificar as condições em que os requisitos de tempo serão satisfeitos, e desenvolver uma plataforma experimental para simular em tempo real sistemas de controle via rede CAN utilizando a técnica hardware in the loop, incluindo como partes reais uma rede CAN e um injetor de falhas aleatórias. Um estudo de caso para uma NCS CAN com cinco malhas foi realizado e verificou-se o impacto dos parâmetros da rede no desempenho das malhas de controle.
Abstract: Networked control systems (NCSs) are ones where control loops are closed by means of a commumication network. These systems can be found in many complex control applications such as the automotive, aircraft, robotics, manufacturing industry among others. The use of network architectures enable greater reliability and flexibility of operation, reducing the amount of cabling and costs, ease of installation, maintenance and system diagnostics. However, network architectures introduce new challenges that make the design and implementation of control systems a complex activity. Basically, communication networks can cause varying delays and loss of messages during the operating cycles of the control loops as well as others particuiarities that can degrade performance and even cause the instability of the physical processes. In the last two decades, several studies have been developed in an attempt to overcome these challenges. However, most of these works. the design methodologies are complex and generally the applicability is questionable due to unrealistic assumptions and especially the large computational effort required. Furthermore, many of these methodologies apply only in simpler architectures and is also eomrnon to consider NCSs with a single control loop, which is not consistem with reality applications. On the other hand, some studies have allowed the extension of control techniques simpler and already established in practice in the design of NCSs. However, some behaviors eaused by network architecture are still disregarded, which in practice compromise the functioning of the system. This work presents a procedure to design networked control systems (NCSs) using CAN Network. considering the integration of related theories, in order to check and mitigate the effecrs eaused by the network architectures in the performance control loops. Firstly, were developed four models of the CAN network in timed automata and priced timed automata considering different neíwork behavior characteristics. Two of those models have been extended to model CAN NCSs and determine the temporal behavior of the control loops. Then, the procedure was developed, that consists of three activities: to design PIDs controllers for processes with one input and one output, considering variants control delays; to develop a framework using formal modeling in timed automata and priced timed automata, and approaches classical and statistical model-cheking to determine the temporal behavior of the control loops in order to verify the conditions under which the time requirements will be satisfied, and develop an experimental plataform to simulate in real-time the CAN NCSs using technique hardware in the loop, including as real parts a CAN network and a random fault injector. A case study to a CAN NCS with five control loops was realized and the impact eaused by network in performance control loopd was checked.
Keywords: Arquitetura de redes
Sistema de controle via rede
Gerenciamento remoto
Redes - controle remoto
Arquiteturas em rede
Rede CAN - Controller Area Network
Controller Area Network - CAN
PID Controladores - Proporcional Integral Derivativo
Técnica hardware in the loop
Malhas de controle - redes
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica.
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/2559
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

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