Uodparnianie rozproszonego układu regulacji na skutki utraty danych

• Autorzy: Tutaj A.

Warianty tytułu

EN

The compensation for a data loss in a distributed control system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W rozproszonym układzie regulacji pętla sprzężenia zwrotnego zamknięta jest przez sieć transmisji danych. Za jej pośrednictwem przesyłane są próbki sygnałów występujących w systemie (pomiary, sterowania). Niektóre typy sieci i protokołów sieciowych nie zapewniają niezawodnego dostarczania wysłanych danych - część spośród transmitowanych w nich pakietów może zostać utracona. W rozproszonym układzie sterowania powoduje to zwykle pogorszenie jakości regulacji, a w niektórych przypadkach może doprowadzić do utraty stabilności systemu. Jeden z możliwych sposobów zaradzenia tym problemom opisany jest w niniejszym artykule. Polega on na uzupełnianiu każdego pakietu, przenoszącego wartość sterowania miedzy kompensatorem a aktuatorem, o estymaty przyszłych sterowań na kilka kroków naprzód. Rozwiązanie to ma zastosowanie, jeśli sieć komunikacyjna włączona jest na drodze sygnału między kompensatorem (lub regulatorem) a obiektem regulacji (a dokładniej urządzeniem wykonawczym). Przy zastosowaniu prezentowanego algorytmu, w razie nieotrzymania aktualnego pakietu, zamiast brakującej wartości sterowania aktuator może wykorzystywać jego estymatę z jednego z poprzednich pakietów. W tym celu konieczne jest wyposażenie go w bufor zarządzany odpowiednim algorytmem organizującym gromadzenie otrzymanych danych i przekazywanie ich do aktuatora. W pewnych sytuacjach rozwiązanie takie pozwala zapewnić satysfakcjonującą jakość regulacji oraz zachować stabilność układu, mimo występowania zjawiska gubienia pakietów. W artykule opisano szczegółowo przedstawiony wyżej algorytm przesyłu danych oraz zaprezentowano wyniki symulacji i doświadczeń, potwierdzających skuteczność jego działania. Odniesiono się również do zagadnienia stabilności rozważanego układu regulacji.

EN

In a distributed control system there is a data transmission network inserted into a closed feedback loop. Through this network samples of signals (controls, measurements) are conveyed. Some networks and communication protocols do not secure a reliable delivery of data packets. In such networks some packets can be lost. In a distributed control system this phenomenon usually causes the quality of control to deteriorate and sometimes renders the system unstable. One possible countermeasure against this problem is described in the present paper. The idea is to supplement each single data packet conveying a current control value from a compensator to an actuator with several estimates of predicted future control samples. This method can be employed if a network is inserted between a controller and an actuator. With the presented algorithm, if the current data packet is unavailable an actuator can utilize an estimate taken from one of previous packets instead of a missing current control value. For this to happen, an actuator must be equipped with a buffer governed by an appropriate algorithm responsible for gathering data from a compensator and releasing them to an actuator. In some cases the strategy presented above is capable of securing a satisfactory quality of control and ensuring a system stability even though some data packets are missing. The presented paper describes in details the above-mentioned algorithm of data managing and presents results of simulations and laboratory experiments. The stability issue for the presented algorithm is also addressed.

Słowa kluczowe

PL

rozproszone układy regulacji; predykcja stanu i sterowania; utrata danych w sieci telekomunikacyjnej; niestacjonarne systemy dynamiczne

EN

distributed control system; state and control prediction; data loss in computer networks; time-varying dynamic system

• Wydawca: Wydawnictwa AGH
• Czasopismo: Automatyka / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
• Rocznik: 2009
• Tom: T. 13, z. 1
• Strony: 79--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. [8] poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Tutaj A.

• Katedra Automatyki, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• Amato F. 2006: Robust Control of Linear Systems Subject to Uncertain Time-Varying Parameters. Springer
• Boyd S., Balakrishnan V., Feron E., Ghaoui L. 1993: Control system analysis and synthesis via linear matrix inequalities. Proceedings American Control Conference, 2147-2154
• Grega W. 2004: Metody i algorytmy sterowania cyfrowego w układach scentralizowanych i rozproszonych. Kraków, UWND AGH
• Grega W., Tutaj A. 2007: Network traffic reduction by sample grouping for distributed control systems. NeCST - 3rd International Workshop on Networked Control Systems Tolerant to Faults, June 20-21, Nancy, France
• Mitkowski W. 1991: Stabilizacja systemów dynamicznych. Warszawa, WNT
• Montestruque L.A., Antsaklis P.J. 2003: Stochastic Stability for Model-Based Networked Control Systems. Proceedings of the American Control Conference, Denver, Colorado, June 4-6
• Zhang W. 2001: Stability Analysis of Networked Control Systems. Rozprawa doktorska, Department of Electrical Engineering and Computer Science, Case Western Reserve University, August 2001
• Zhang W., Branicky M. S., Phillips S. M. 2001: Stability of Networked Control Systems. IEEE Control Systems Magazine, February 2001