Estudo dos efeitos da sincronização sobre o transitório e a estabilidade de sistemas de controle por rede

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Eloy Martins de Oliveira Junior
• Orientador(a): Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
• Banca de defesa: Paulo Giácomo Milani, Luiz Carlos Gadelha de Souza, Fernando José de Oliveira Moreira, Rolf Henry Vargas Valdivia
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
• País: BR
• Resumo em Inglês: With the growing complexity and integration of systems, synchronization becomes increasingly important, as the time or phase de-synchronization can cause serious or even catastrophic failures. Time or phase synchronization is a very important aspect to achieve high performance, reliability and determinism in networked control systems. Therefore, this work studies the effects of synchronization on the transient and stability of networked control systems. The distributed approach the systems integration, the complexity and the increase in reliability turns relevant several problems as the time synchronization problem of distributed systems and their effects on the performance of networked control systems, requiring the development of new techniques and algorithms. This thesis studies the effects of the synchronization on the transient and stability of networked control systems, mainly in the framework of systems with extended life cycle such as space systems. The work proposes a set of reconfigurable and smoothable clock synchronization algorithms with multiple metrics (Precision, Accuracy and Control) correcting the initial offset, offsets caused by the drift of local clocks and also the drift of the logical clocks, using amortization techniques to time discontinuities problem during the clock adjustments. The cross-fading technique is proposed to amortize the time discontinuity of clock synchronization algorithms, using at least three types amortized functions (step, ramp and exponential). Further, this thesis analyzes and validates the set of clock synchronization algorithms (ReS, PReS, AReS, PAReS) on a networked control system comparing the results with the FTM, PTP and SR clock synchronization algorithms, by means of theory, analysis, control and simulation. In addition, it is proposed a first clock synchronization model in state space to bridge the gap between the control world and clock synchronization world. The set of ReS algorithms improves the performance of both synchronization and control system. Multiple metrics as precision, accuracy and control on a reconfigurable and smoothable algorithm proved itself to be a good approach to be used in the design of clock synchronization algorithms for network control systems. The verification and validation of the proposed algorithms on the NCS were made through simulations developed in Matlab/Simulink environment with the help of TrueTime toolbox.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2015/05.19.01.59

Com o crescimento da complexidade e integração dos sistemas, a sincronização torna-se cada vez mais importante, pois a de-sincronização em tempo ou em fase pode causar falhas graves ou até catastróficas. Particularmente, a sincronização de tempo, ou de fase, é um aspecto muito importante para se atingir alto desempenho, confiabilidade e determinismo em sistemas de controle por rede. A implementação distribuída, a integração de sistemas, a complexidade e o aumento do requisito de confiabilidade tornam diversos problemas que antes não eram importantes, agora relevantes; demandando o desenvolvimento de novas tecnologias, técnicas e algoritmos. Dentre estes problemas está à sincronização de tempo entre diversas entidades de uma implementação distribuída e como estas soluções influenciam o desempenho de sistemas de controle por rede. Esta tese estuda os efeitos da sincronização de relógios sobre o transitório e a estabilidade de sistemas de controle por rede, principalmente no âmbito de sistemas com ciclo de vida extenso tal como o espacial. O trabalho propõe-se um conjunto de algoritmos reconfiguráveis e suavizáveis de sincronização com métrica mista (Precisão, Exatidão e Controle) corrigindo os vieses iniciais, os vieses instantâneos causados pela deriva dos relógios locais e também a deriva dos relógios lógicos, utilizando técnicas de amortização das descontinuidades de tempo durante o ajuste dos relógios. Ainda propõe a aplicação da técnica ${"}$cross-fading${"}$ para amortizar a descontinuidade de tempo dos algoritmos de sincronização de relógios, analisando o uso de três tipos de funções amortizadoras (degrau, rampa e exponencial). Também analisa-se e valida-se o conjunto de algoritmos (ReS, PReS, AReS, PAReS) de sincronização de relógios sobre um sistema de controle por redes comparando os resultados com os algoritmos FTM, PTP e SR, abordando o problema através de teoria, análise, controle e simulação. Além disso, propõe um modelo em espaço de estados de sincronização de relógios que faz a ponte entre o mundo do controle e o mundo da sincronização de relógios. O conjunto de algoritmos ReS melhorou o desempenho tanto da sincronização quanto do sistema de controle. As métricas mistas de precisão, exatidão e controle sobre um algoritmo de reconfiguração e suavizável demonstraram ser uma abordagem a ser seguida no projeto de algoritmos de sincronização de relógios para sistemas de controle por redes. A verificação e validação sobre dos algoritmos propostos no NCS foram feitas através de simulações desenvolvidas no ambiente Matlab/Simulink com ajuda da ferramenta TrueTime.