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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.18.2011.tde-11052011-094711
Documento
Autor
Nome completo
Eduardo Paciência Godoy
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2011
Orientador
Banca examinadora
Porto, Arthur Jose Vieira (Presidente)
Kato, Edilson Reis Rodrigues
Maruyama, Newton
Silva, Geraldo Nunes
Tronco, Mario Luiz
Título em português
Desenvolvimento de sistemas de controle via rede (NCS) para aplicações em redes com protocolo CAN
Palavras-chave em português
Controle adaptativo
Ferramentas de simulação
Período de amostragem
Redes CAN
Sistemas de controle via redes - NCS
Técnica de identificação
Resumo em português
Sistema de controle via rede (NCS) é um sistema de controle distribuído onde os sensores, atuadores e controladores estão alocados fisicamente em locais separados e são conectados através de uma rede de comunicação industrial. O NCS representa a evolução das arquiteturas de controle em rede, fornecendo maior modularidade e descentralização do controle, facilidade de diagnóstico e manutenção e menor custo. O desafio no desenvolvimento de um NCS é contornar os efeitos degenerativos causados por fatores que afetam o seu desempenho e estabilidade. Entre estes fatores estão o período de amostragem dos sinais, a perda de informações transmitidas na rede e os atrasos de comunicação. Buscando superar este desafio, este trabalho apresenta o desenvolvimento de NCS para aplicações em redes CAN baseado no uso da simulação e na proposta de uma estratégia de controle. A utilização de ferramentas de simulação de NCS, selecionadas através de um estudo comparativo e qualitativo, permitiu analisar o impacto de fatores degenerativos no desempenho de controle e estabilidade de NCS. Essa análise por simulação permitiu evidenciar o período de amostragem como o fator de maior influência para o projeto de NCS em redes CAN. Para superar o problema do período de amostragem, uma estratégia de controle adaptativo foi proposta. Essa estratégia usa informações de saída do NCS para automaticamente adaptar o período de amostragem das mensagens, garantindo desempenho de controle e diminuindo significativamente a ocupação da rede CAN. Experimentos realizados em uma plataforma de pesquisa sobre NCS demonstraram a confiabilidade e robustez do uso da estratégia de controle adaptativo, mesmo em condições extremas de operação da rede CAN. Os experimentos também permitiram comprovar a eficácia de uma técnica de identificação de NCS desenvolvida, que apresenta a vantagem de utilizar informações disponíveis na rede para obtenção de um modelo do NCS com precisão aceitável.
Título em inglês
Development of networked control systems for applications in CAN-based networks
Palavras-chave em inglês
Adaptive control
CAN protocol
Message sampling time
Model identification technique
Networked control system - NCS
Simulation tools
Resumo em inglês
Networked control system (NCS) is a distributed control system where the sensors, actuators and controllers are physically separated and connected through an industrial communication network. The NCS represents the evolution of networked control architectures providing greater modularity and control decentralization, maintenance and diagnosis ease and lower cost of implementation. The challenge in the development of NCS is to overcome the degenerative effects of factors which affect its performance and stability. Among these factors are the sampling time, the loss of information on the network and the network delays. Aiming to overcome this challenge, this work presents the development of NCS for applications in CAN-Based networks based on the simulation use and in a control strategy proposal. The use NCS simulation tools, selected by a comparative and qualitative study, allowed to analyze the impact of degrading factors in the NCS control performance and stability. This analysis using simulation highlighted the message sampling time as factor with the biggest influence for the design of CAN-based NCS. To overcome the sampling time problem, an adaptive control strategy was proposed. This strategy uses the NCS output to automatically adapt the message sampling time, ensuring NCS control performance and stability and providing significant reduction of the CAN network load. Experiments carried out on a NCS Research Platform demonstrated the reliability and robustness of the adaptive control methodology application, even under worst case conditions of operation of the CAN-based network. Experiments have also proved the effectiveness of a model identification technique developed for NCS, which presents the advantage of using information available on the network to obtain the NCS model with acceptable accuracy.
 
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Este trabalho é somente para uso privado de atividades de pesquisa e ensino. Não é autorizada sua reprodução para quaisquer fins lucrativos. Esta reserva de direitos abrange a todos os dados do documento bem como seu conteúdo. Na utilização ou citação de partes do documento é obrigatório mencionar nome da pessoa autora do trabalho.
Data de Publicação
2011-05-12
 
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  • GODOY, Eduardo P, et al. Design of CAN-based distributed control systems with optimized configuration [doi:10.1590/S1678-58782010000400003]. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering [online], 2010, vol. 32, n. 4, p. 420-426.
  • GODOY, Eduardo P., et al. Design and implementation of an electronic architecture for an agricultural mobile robot [doi:10.1590/S1415-43662010001100015]. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental [online], 2010, vol. 14, n. 11, p. 1240-1247.
  • GODOY, Eduardo P., et al. Modelagem e simulação de redes de comunicação baseadas no protocolo CAN - Controller Area Network [doi:10.1590/S0103-17592010000400008]. Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica [online], 2010, vol. 21, n. 4, p. 425-438.
  • TABILE, Rubens A, et al. Design and development of the architecture of an agricultural mobile robot [doi:10.1590/S0100-69162011000100013]. Engenharia Agrícola [online], 2011, vol. 31, n. 1, p. 130-142.
  • GODOY, Eduardo P., PORTO, Arthur J. V., and INAMASU, Ricardo Y.. Sampling time adaptive control methodology for CAN-based Networked Control Systems [doi:10.1109/INDUSCON.2010.5739894]. In 2010 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications - INDUSCON 2010 [online], Sao Paulo, Brazil, 2010. Sao Paulo, Brazil : IEEE, 2010. p. 1-6. ISBN 978-1-4244-8008-1.
  • GODOY, Eduardo Paciencia, PORTO, Arthur Jose Vieira, and INAMASU, Ricardo Yassushi. Applied simulation to evaluate the quality of control of networked control systems [doi:10.1109/ICNSC.2010.5461619]. In 2010 International Conference on Networking, Sensing and Control (ICNSC) [online], Chicago, IL, USA, 2010. Chicago, IL, USA : IEEE, 2010. p. 435-440. ISBN 978-1-4244-6450-0.
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