Influência dos agendadores da computação (RMS) e da comunicação (TDMA) na estabilidade de um sistema de controle por rede

O presente trabalho estuda a influência dos agendadores da computação e da comunicação sobre a estabilidade de um sistema de controle por rede. Para isto um sistema geral de segunda ordem subamortecido foi escolhido como planta com um controlador proporcional. Também um computador com agendador a ta...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2009
Main Author: Rolf Henry Vargas Valdivia
Orientador/a: Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
Banca: Mario Cesar Ricci, Gilberto da Cunha Trivelato, Fernando José de Oliveira Moreira
Format: Tese
Language:por
Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
Programa: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
Online Access:http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/02.06.17.10
Resumo Português:O presente trabalho estuda a influência dos agendadores da computação e da comunicação sobre a estabilidade de um sistema de controle por rede. Para isto um sistema geral de segunda ordem subamortecido foi escolhido como planta com um controlador proporcional. Também um computador com agendador a taxas monotônicas e uma rede de comunicação com controle de acesso ao meio do tipo TDMA foram supostos. As expressões analíticas para o tempo de resposta no computador e no sistema de controle distribuído no pior caso, no melhor caso e no caso de média ponderada foram estabelecidas. A resposta analítica do sistema ao degrau foi obtida e esta foi comparada com a resposta por simulação do sistema naqueles diferentes casos. Estes casos incluem tarefas periódicas com períodos iguais, com períodos diferentes e quando os períodos são primos. Também o caso quando outro dispositivo utiliza a rede gerando slots de interferência foi analisado. Por fim, a redução da margem de fase e, consequentemente, a redução da estabilidade relativa em todos estes casos foi analisada. Todas as simulações foram feitas com ajuda da toolbox TrueTime para o ambiente Matlab/Simulink. Baseados em tudo isto, foi concluido que: 1) as simulações feitas concordam com as expressões analíticas; 2) estas expressões estabelecem a influência de características do agendador da computação (tempo de resposta) e do protocolo de comunicação (slots e rounds) estudado sobre uma característica (margem de fase) do desempenho do controle distribuído estudado, nos casos estudados; 3) a composição de agendadores do computador e da rede não é um processo linear; e 4) as considerações usuais de operação independente entre o computador e a rede de comunicação, podem não ser mais verdadeiras após o momento da integração do computador com a rede de comunicação.
Resumo inglês:The present work studies the influence of computer and communication schedulers on the stability of a networked control system. To do that, a general underdamped second order system was chosen as a plant with a proportional controller. Also a computer with a rate monotonic scheduler and a network with TDMA control access were assumed. The analytical expressions for the response time in a computer and in a distributed control system in the worst case, best case and weighted average case were established. The analytical step response of the system was found and it was compared with the simulated response in those different cases. These cases include tasks with the same periods, with different periods and when the periods are primes. Also the situation when other device uses the network producing interference slots was analyzed. Finally, the reduction of the phase margin and, consequently, the reduction of relative stability were analyzed in all cases. All the simulations were done with the help of TrueTime toolbox to the Matlab/Simulink environment. Based on all this it was concluded that: 1) the simulations done agree with the analytical expressions; 2) these expressions establish the influence of characteristics of the computer scheduler (response time) and the studied communication protocol (slots and rounds) on one characteristic (phase margin) of the studied distributed control in the studied cases; 3) the composition of schedulers is not a linear process and 4) the usual considerations of independence between the computer and the network could be not true anymore after the integration of the computer with communication network.