Controle adaptativo multi-rate para eficiência energética em sistemas de controle via redes sem fio

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Mansano, Raul Katayama [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Sistemas de controle via redes sem fio; Eficiência energética; Controle adaptativo auto-ajustável; Controle multi-rate; Wireless networked control systems; Energy efficiency; Self-tuning adaptive control; Multi-rate control
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/144597

Com os recentes avanços das tecnologias sem fio e a proliferação de sensores sem fio, há um crescente interesse na implementação de Sistemas Controle via Redes Sem Fio (WNCSs), que fornecem vantagens em relação às arquiteturas tradicionais ponto-a-ponto e às arquiteturas de redes cabeadas. Apesar das vantagens, a inserção de redes industriais na malha de controle impõe não-linearidades e restrições que afetam o desempenho e a estabilidade do WNCS. Além disto, uma questão fundamental para aplicações de WNCS é a vida útil da bateria de alimentação dos sensores sem fio, uma vez que é uma fonte limitada de energia. Como a transmissão da informação na rede sem fio requer um alto gasto energético pelo dispositivo, deve-se restringir a quantidade de comunicações para poupar bateria. Esta restrição inviabiliza o uso de sensores sem fio em diversas aplicações de WNCS. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controlador adaptativo multi-rate para eficiência energética em aplicações industriais de WNCSs, através da diminuição da frequência de transmissão de dados na rede e, portanto, redução do consumo energético dos dispositivos sem fio. Um controlador adaptativo auto-ajustável foi implementado para identificar o modelo do WNCS, simular tal modelo e sintonizar os parâmetros do controlador a cada passo de controle, fornecendo robustez contra distúrbios e não-linearidades inerentes ao WNCS. O diferencial do controlador adaptativo é a incorporação das técnicas de identificação por pacote e de controle multi-rate. A técnica de identificação por pacote consiste em transmitir mensagens com vários dados (não somente o mais atual) coletados durante o período de amostragem do sensor sem fio, melhorando a identificação do modelo do WNCS e, consequentemente, o desempenho do controlador adaptativo. A técnica de controle multi-rate consiste em usar dados virtuais de realimentação, provenientes do modelo simulado do WNCS, para possibilitar uma atuação sobre o processo a uma frequência mais rápida que a amostragem dos sensores sem fio, permitindo a redução das transmissões sem fio do WNCS. Resultados experimentais mostram que o controlador adaptativo multi-rate é robusto e efetivo para aplicações de WNCS, permitindo poupar energia das baterias dos sensores sem fio sem prejudicar significativamente o desempenho de controle do WNCS. As análises do impacto do período de amostragem e do parâmetro Γ do controlador permitiram a obtenção de valores ótimos para a melhoria da eficiência energética do WNCS.