Impacto da rede de comunicação em sistemas de controlo distribuídos

Abstract

O conceito de controlo através de uma rede de comunicação tem aplicações vastas. Em muitos casos, os sensores, controladores e actuadores estão fisicamente distribuídos, sendo necessário que troquem entre si a informação de controlo utilizando uma rede de comunicação, por forma a que o sistema execute uma determinada lei de controlo sobre um determinado processo (e.g., controlo da velocidade de um motor, controlo da injecção de combustível num motor de um automóvel, controlo da posição do braço de um robot, etc.) Entretanto, quando se usa uma rede partilhada para transmitir a informação de controlo, o atraso entre o tempo de aquisição de um sinal (amostragem) e o instante de aplicação do respectivo sinal de controlo (actuação) é influenciado por múltiplos parâmetros, desde a velocidade de transmissão da rede (bitrate), ao comprimento da mensagem, e também à quantidade de tráfego na rede e ao protocolo usado no acesso ao meio de comunicação. Assim, num sistema de controlo distribuído, é inevitável o aparecimento de uma latência elevada, quando comparada com a correspondente latência num sistema não distribuído, a qual é induzida pela rede e poderá causar degradação do desempenho e estabilidade do controlo. O objectivo desta dissertação é analisar esse efeito de latência induzido pela rede, sob a influência de vários padrões de tráfego e de vários protocolos de acesso ao meio (MACs), usando para tal a ferramenta de simulação TrueTime, que facilita a simulação de modelos simples de sistemas distribuídos de controlo.

The concept of networked control has many applications. For example, when sensors, controllers and actuators are physically distant from each other, the control information needs to be exchanged over a communication network so that the system achieves a certain control objective (e.g., engine speed control, engine fuel injection control, robot arm position control). When a network is used to transmit control data, the delay between the sampling time and actuation time includes the transmission of several messages and is determined not only by the speed of the network (bitrate) and message size, but also by the amount of other traffic on the network and the medium access control protocol used. So, in a distributed control system it is inevitable to observe a higher control latency when compared with the latency in a non distributed system, which is induced by the network and can cause the degradation of the control performance and even loss of stability. The main goal of this dissertation is to analyze the effect induced by the network latency due to the influence of network load and medium access control protocols (MACs). To do such work we use the simulation tool TrueTime that facilitates the simulation of simple distributed control loops and the assessment of the respective control performance.