Projeto e implementação de sistemas de controle distribuído em redes de computadores

• Main Author: Euler Cunha Martins
• Other Authors: Fabio Goncalves Jota
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2009
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CTGDP

=== This work presents the main characteristics of the networked control systems and their particularities compared with the classical control systems. The effects of the delays, caused by the inherent network communication process between the various interconnected elements of the control loop, are analyzed. Tests in a real plant, of first order (an RC circuit), have been carried out and a detailed study of the individual and the combined influence of the delays introduced by the network (sensor/controller and controller/actuator) are considered. The tests have been accomplished in didactic platform, where the network has been replaced by buffers to allow full control of the events in time. For analysis of the closed-loop, a PI-controller, designed by the well-known Direct Synthesis method, has been used and implemented in the form of differences equations, whose coefficients have been derived from the Z and delta transforms. A preliminary control algorithm with explicit compensation of the control signal is implemented. This control algorithm uses an estimation of the plant output to compensate for variations in the control action. The strategy has been implemented in a real system aiming at improving the performance of the system under test. Simulated and experimental results are presented. A control algorithm for NCSs, of which the Internet is part, is presented. This algorithm possesses a synchronization routine between the local and remote units, an estimator for the plant output based on delta transform, an on-line parameters estimator, a remote controller, a local controller and an automatic switching scheme between the remote and local controllers. The proposed algorithm is implemented in a real NCS system, developed for this work, named NCS-CMUF. Initially, the system is used to control an RC circuit (the first order plant) and, later, a real plant: the Interacting Tank System. Some simulated and experimental results obtained using the proposed algorithm, as well as an analysis of stability (under particular conditions), are presented. === Este trabalho apresenta as principais características dos sistemas de controle via redes e suas particularidades em relação aos sistemas clássicos de controle. Os efeitos dos atrasos de tempo provocados pelos enlaces de rede que interligam os elementos da malha de controle são analisados. Foram realizados testes em uma planta real de primeira ordem (um circuito RC) e um estudo detalhado da influência individual e combinada dos atrasos introduzidos pela rede (sensor/controlador e controlador/atuador) é apresentado. Os testes foram realizados em uma plataforma didática, em que os enlaces de redes são substituídos por buffers, permitindo o total controle sobre estes eventos de tempo. Para análise do sistema em malha fechada foi utilizado um controlador PI projetado pelo método da Síntese Direta e implementado no formato de equações de diferenças, utilizando as transformações Z e delta. É implementado um algoritmo preliminar de controle com compensação explícita do sinal de controle. Esse algoritmo utiliza um estimador para a saída da planta e um compensador para variações na ação de controle. A estratégia foi implementada em um sistema real visando a melhoria do desempenho do sistema em teste. Os resultados simulados e experimentais são apresentados. Um algoritmo de controle, do qual a Internet faz parte, é apresentado. Esse algoritmo possui uma rotina de sincronização entre as máquinas local e remota, um estimador para a saída da planta baseado na transformada delta, um estimador on-line de parâmetros da planta, um controlador remoto, um controlador local e um sistema de chaveamento entre os controladores remoto e local. O algoritmo proposto é implementado em um sistema NCS real, desenvolvido neste trabalho, denominado NCS-CMUF. Inicialmente, o sistema é usado para o controle de um circuito RC (planta de primeira ordem) e, posteriormente, uma planta real: o Sistema de Tanques Interativos. Alguns resultados simulados e experimentais obtidos usando o algoritmo proposto, bem como a análise de estabilidade (em condições particulares), são apresentados.