Algoritmos de controlo distribuído em sistemas baseados em microprocessadores

Abstract

O trabalho de investigação apresentado nesta tese trata dos problemas associados à distribuição de controladores digitais em sistemas baseados em microprocessadores. A utilização deste tipo de sistemas tornou-se comum ao longo da última década em domínios como a automação industrial, o controlo de processos, a robótica, a domótica, assim como na indústria automóvel e aeronáutica. A distribuição de uma malha de controlo faz-se recorrendo a nós fisicamente distintos para a implementação do sensor, do controlador e do actuador, ligados entre si através de uma rede de comunicação. Na maior parte dos sistemas embutidos distribuídos actuais a rede de comunicação e os processadores locais de cada nó são utilizados por vários tipos de aplicações tanto de tempo-real como de outro tipo. Os sistemas de controlo distribuído implementados deste modo apresentam características próprias que diferem das que caracterizam os sistemas de controlo centralizado. Uma dessas características é a existência de um atraso variável entre o momento da amostragem e o momento da actuação. Este tipo de atrasos provoca a degradação do desempenho de controlo, podendo mesmo em alguns casos conduzir à perda de estabilidade da malha de controlo. Neste trabalho propõem-se técnicas de controlo lineares e não-lineares para melhorar o desempenho de controlo neste tipo de sistemas embutidos. As técnicas propostas são validadas através da simulação de vários sistemas utilizando um simulador para sistemas de tempo-real baseado em MATLAB/Simulink.

This thesis proposes solutions to the problems that arise with the distribution of control systems in systems based in microprocessors. The use of this kind of systems grew over the past decade in areas like industrial automation, process control, robotics, building automation and the automobile and aeronautical industries. The distribution of a control loop consists in the placement of the sensor, the controller and the actuator in different nodes, connected though a communication network. In modern embedded distributed systems both the communication network and the local processors are used by several real-time and non real-time applications. This kind of implementations of the distributed controllers presents characteristics that are different from the ones of centralized controllers. They usually present variable delay between the sampling and the actuation instants. These delays degrade the performance of the controller and can even destabilize the control loops. In this thesis linear and non-linear control techniques are proposed to improve the control performance of such embedded control systems. The proposed techniques are validated by the simulation of different plants using a real-time systems simulator based on MATLAB/Simulink.

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