Un sistema de control en red ( NCS ) es un sistema de control en el que los lazos de control se cierran a través de una red de comunicación . La característica definitoria de un NCS es que las señales de control y retroalimentación se intercambian entre los componentes del sistema en forma de paquetes de información a través de una red.
Descripción general
La funcionalidad de un NCS típico se establece mediante el uso de cuatro elementos básicos:
- Sensores , para adquirir información,
- Controladores , para proporcionar decisiones y comandos,
- Actuadores , para ejecutar los comandos de control y
- Red de comunicación , para permitir el intercambio de información.
La característica más importante de un NCS es que conecta el ciberespacio con el espacio físico, lo que permite la ejecución de varias tareas a larga distancia. Además, los NCS eliminan el cableado innecesario, lo que reduce la complejidad y el costo general en el diseño e implementación de los sistemas de control. También se pueden modificar o actualizar fácilmente agregándoles sensores, actuadores y controladores con un costo relativamente bajo y sin cambios importantes en su estructura. Además, al ofrecer un intercambio eficiente de datos entre sus controladores, los NCS pueden fusionar fácilmente información global para tomar decisiones inteligentes en grandes espacios físicos.
Sus aplicaciones potenciales son numerosas y cubren una amplia gama de industrias, como exploración espacial y terrestre, acceso en entornos peligrosos, automatización de fábricas, diagnóstico remoto y resolución de problemas, instalaciones experimentales, robots domésticos, aeronaves, automóviles, monitoreo de plantas de fabricación, hogares de ancianos y teleoperaciones. Si bien las aplicaciones potenciales de los NCS son numerosas, las aplicaciones probadas son pocas y la verdadera oportunidad en el área de los NCS es el desarrollo de aplicaciones del mundo real que aprovechen el potencial del área.
Tipos de redes de comunicación
- Buses de campo , por ejemplo, CAN, LON, etc.
- IP / Ethernet
- Redes inalámbricas, por ejemplo, Bluetooth , ZigBee o Z-Wave . El término Sistema de control en red inalámbrico (WNCS) se usa a menudo en esta conexión.
Problemas y soluciones
El advenimiento y el desarrollo de Internet combinados con las ventajas proporcionadas por NCS atrajeron el interés de investigadores de todo el mundo. Junto con las ventajas, también surgieron varios desafíos que dieron lugar a muchos temas de investigación importantes. Nuevas estrategias de control, cinemática de los actuadores en los sistemas, confiabilidad y seguridad de las comunicaciones, asignación de ancho de banda, desarrollo de protocolos de comunicación de datos, detección de fallas correspondiente y estrategias de control tolerantes a fallas , recolección de información en tiempo real y procesamiento eficiente de los datos de los sensores son algunos de los temas relativos estudiados en profundidad.
La inserción de la red de comunicación en el bucle de control de retroalimentación hace que el análisis y diseño de un NCS sea complejo, ya que impone demoras adicionales en los bucles de control o posibilidad de pérdida de paquetes. Dependiendo de la aplicación, los retrasos de tiempo podrían imponer una degradación severa en el rendimiento del sistema.
Para aliviar el efecto de retardo de tiempo, Y. Tipsuwan y MY. Chow, del laboratorio ADAC de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, propuso la metodología Gain Scheduler Middleware (GSM) y la aplicó en iSpace. S. Munir y WJ Book (Instituto de Tecnología de Georgia) utilizaron un predictor Smith , un filtro Kalman y un regulador de energía para realizar la teleoperación a través de Internet. [1] [2]
KC Lee, S. Lee y HH Lee utilizaron un algoritmo genético para diseñar un controlador utilizado en un NCS. Muchos otros investigadores proporcionaron soluciones utilizando conceptos de varias áreas de control, como control robusto, control estocástico óptimo , control predictivo de modelos, lógica difusa, etc.
Además, una cuestión muy crítica e importante en torno al diseño de NCS distribuidos con una complejidad que aumenta sucesivamente es cumplir con los requisitos de confiabilidad y confiabilidad del sistema, al tiempo que se garantiza un alto rendimiento del sistema en un amplio rango operativo. Esto hace que las técnicas de diagnóstico y detección de fallas basadas en la red, que son esenciales para monitorear el rendimiento del sistema, reciban cada vez más atención.
Referencias
Otras lecturas
- D. Hristu-Varsakelis y WS Levine (Ed.): Manual de sistemas de control integrados y en red, 2005. ISBN 0-8176-3239-5 .
- Hespanha, JP; Naghshtabrizi, P .; Xu, Y. (2007). "Una encuesta de resultados recientes en sistemas de control en red". Actas del IEEE . 95 (1): 138-162. CiteSeerX 10.1.1.112.3798 . doi : 10.1109 / JPROC.2006.887288 . S2CID 5660618 .
- Quevedo, DE; Nesic, D. (2012). "Robusta estabilidad del control predictivo paquetizado de sistemas no lineales con perturbaciones y pérdidas de paquetes de Markov" (PDF) . Automatica . 48 (8): 1803–1811. doi : 10.1016 / j.automatica.2012.05.046 .
- Pin, G .; Parisini, T. (2011). "Control predictivo en red de sistemas no lineales restringidos inciertos: viabilidad recursiva y análisis de estabilidad de entrada a estado". Transacciones IEEE sobre control automático . 56 (1): 72–87. doi : 10.1109 / TAC.2010.2051091 . hdl : 10044/1/15547 . S2CID 14365396 .
- S. Tatikonda, Control bajo las restricciones de comunicación, tesis doctoral del MIT, 2000. http://dspace.mit.edu/bitstream/1721.1/16755/1/48245028.pdf
- O. Imer, Estimación y control óptimos bajo restricciones de redes de comunicación, UIUC Ph.D. disertación, 2005. http://decision.csl.uiuc.edu/~imer/phdsmallfont.pdf [ enlace muerto permanente ]
- YQ Wang, H. Ye y GZ Wang. Detección de fallas de NCS basada en autodescomposición, evaluación adaptativa y umbral adaptativo. Revista Internacional de Control , vol. 80, no. 12, págs. 1903-1911, 2007.
- M. Mesbahi y M. Egerstedt. Métodos teóricos de gráficos en redes multiagente, Princeton University Press, 2010. ISBN 978-1-4008-3535-5 . https://sites.google.com/site/mesbahiegerstedt/home
- Martins, Carolina del Norte; Dahleh, MA; Elia, N. (2006). "Estabilización por retroalimentación de sistemas inciertos en presencia de un enlace directo". Transacciones IEEE sobre control automático . 51 (3): 438–447. doi : 10.1109 / tac.2006.871940 . S2CID 620399 .
- Mahajan, A .; Martins, Carolina del Norte; Rotkowitz, MC; Yuksel, S. "Estructuras de información en óptimo control descentralizado". Actas de la Conferencia IEEE sobre Decisión y Control . 2012 : 1291–1306.
- Dong, J .; Kim, J. (2012). "Método de retroalimentación de salida basado en la cadena de Markov para la estabilización de sistemas de control en red con retrasos de tiempo aleatorios y pérdidas de paquetes". Revista Internacional de Control, Automatización y Sistemas . 10 (5): 1013–1022. doi : 10.1007 / s12555-012-0519-x . S2CID 16994214 .
enlaces externos
- Laboratorio de control y automatización de diagnóstico avanzado (NCSU)
- Marco de codiseño para integrar la comunicación, el control, la computación y la gestión energética en sistemas de control en red (proyecto FeedNetback)