Delay-dependent output feedback compensators for a class of networked control systems

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moraes, Vitor Mateus
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/128874
Resumo: Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014
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spelling Delay-dependent output feedback compensators for a class of networked control systemsEngenharia de sistemasAutomaçãoSistemas de controle por realimentaçãoTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014Sistemas de controle via rede (NCS, do inglês Networked Control Systems) são uma classe especial de sistemas amostrados digitalmente, nos quais os dispositivos do sistema de controle se comunicam através de uma rede de comunicação (como mostrado na Fig. I). Significantes avanços tecnológicos tem levado a um maior interesse tanto na utilização de NCS em ambiente industrial (MOYNE; TILBURY, 2007), quanto em pesquisas relacionadas ao assunto (HESPANHA; NAGHSHTABRIZI; XU,2007; HEEMELS; WOUW, 2010; ZHANG; GAO; KAYNAK, 2013). Algumas das vantagens oferecidas por tais sistemas, com relação a sistemas de controle tradicionais, compreendem menor custo de implementação, flexibilidade e facilidade de manutenção. Apesar disso, inerentemente alguns efeitos indesejados também podem ocorrer, tais como atrasos na comunicação e intervalos de amostragem variantes, ocasionando degradação no desempenho do sistema em malha fechada. Devido a esses efeitos, a análise de estabilidade e também o projeto de controladores para NCS tornam-se mais desafiadores (TANG; YU, 2007). De modo geral, os estudos sobre NCS podem ser divididos em duas grandes áreas: controle da rede e controle via rede (GUPTA; CHOW, 2010). A primeira está mais interessada em proporcionar uma melhor qualidade no serviço de transmissão de dados realizado pela rede de comunicação, enquanto a segunda objetiva uma melhor qualidade do desempenho dos sistemas de controle sob determinadas condições induzidas pelos efeitos da utilização da rede. Embora tipicamente tratadas de forma separada, recentemente alguns esforços têm sido empreendidos de modo a integrar algumas características de ambas as áreas em fase de projeto, as chamadas estratégias de co-design (TORNGREN et al., 2006). Uma abordagem integrada é necessária de modo a se obter uma maior compreensão do funcionamento de um NCS, podendo assim obter um melhor desempenho geral do sistema. Neste contexto, especialmente levando em consideração que o uso rede de comunicação é limitado, tal recurso deve ser corretamente distribuído entre os sistemas de controle de modo a garantir um funcionamento adequado. Além disso, requisitos de desempenho individuais de cada planta também devem ser cumpridos, mesmo sujeitos a tais restrições de limites de recursos.<br>Abstract: Networked control system (NCS) is a special class of sampled-data system where control systems devices are interconnected through a communication network. Despite the advantages, such as lower cost, flexibility and easy of maintenance compared to a more traditional implementation, some undesired effects may be induced by the use of a shared medium in the feedback loop, for instance, time-varying sampling intervals and delays. Due to the multidisciplinary nature of an NCS, the analysis and design of such systems also demand a more comprehensive approach. Thus, the main objective of this thesis is to propose some strategies for the synthesis of dynamic output feedback compensators, assuming an industrial network control system environment with temporal behavior features and requirements. Throughout this document, the NCS is modeled considering unknown time-varying delays, which leads to an uncertain system representation, later overapproximated by a convex polytope with additional norm-bounded uncertainty. Based on parameter dependent Lyapunov functions, closed-loop stability conditions are provided, which can be verified in terms of feasibility of a set of linear matrix inequalities (LMIs). The control designs are then promptly derived from the stability conditions, leading to delay-dependent compensators. Furthermore, an integrated control design and resource management strategy is proposed, taking into account the controller design while also addressing the shared nature of the communication network. This co-design strategy assumes that a supervisor task has the knowledge of all devices that access the network, as well as their allocated bandwidths. Numerical examples and simulations are provided to illustrate the effectiveness of the proposed design methodologies.Castelan Neto, Eugenio de BonaMoreno, Ubirajara FrancoUniversidade Federal de Santa CatarinaMoraes, Vitor Mateus2015-02-05T20:26:24Z2015-02-05T20:26:24Z2014info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis120 p.| ils., grafs., tabs.application/pdf330228https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/128874engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2015-02-05T20:26:24Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/128874Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732015-02-05T20:26:24Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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