Odporne algorytmy sterowania rozproszonego

Abstract

Many of modern industrial control systems have a distributed character with feedback loops closed through digital telecommunication networks. Network related phenomena, such as constant or time varying delays, a limited throughput or a packet dropping significantly limit the applications of classical control algorithms in distributed systems. In the main part of this dissertation several methods of distributed control are presented. They take into consideration not only dynamical properties of a plant but also characteristics and working conditions of an underlying digital data network. In the first section two methods of time varying delays compensation are introduced. The first one utilises state prediction technique and the second one uses buffers for delay smoothing. The next section presents three different methods of transmission frequency reduction in systems where sampling frequency exceeds network capabilities. The first method uses transmission of sample groups instead of individual samples. The second utilises a non simultaneous multidimensional system output sampling scheme. The third applies improved version of the first order hold element. The third section addresses the problem of a packet dropout compensation with a state or control prediction technique. Some of discussed topics have strictly theoretical scope, but majority of them are illustrated with numerical or laboratory experiments.

Istotna część współcześnie projektowanych systemów automatyki to układy rozproszone, w których pętle sprzężeń zwrotnych zamknięte są za pośrednictwem sieci telekomunikacyjnych. Zjawiska związane z obecnością sieci, takie jak stałe lub zmienne opóźnienia, ograniczona częstotliwość przesłań czy odrzucanie pakietów, w istotnym stopniu ograniczają możliwości stosowania w tych układach klasycznych algorytmów regulacji. Autor rozprawy opracował i opisał w trzech częściach zasadniczego rozdziału szereg metod sterowania, uwzględniających nie tylko własności dynamiczne obiektu regulacji, ale również charakter, strukturę i warunki pracy sieci telekomunikacyjnej. Pierwsza część opisuje dwa sposoby kompensacji zmiennych w czasie opóźnień transmisji: metodę predykcji stanu oraz bufory ujednolicające opóźnienia. W drugiej części podano trzy metody ograniczania częstotliwości przesłań, gdy wymagana w układzie sterowania częstotliwość próbkowania przekracza możliwości sieci. Pierwszy polega na grupowym przesyłaniu próbek, drugi na niejednoczesnym próbkowaniu wyjść wielowymiarowego obiektu regulacji, a trzeci na użyciu ulepszonej wersji ekstrapolatora pierwszego rzędu. Trzecia część prezentuje sposób uodparniania rozproszonego układu regulacji na utratę danych w sieci telekomunikacyjnej przez zastosowanie predykcji stanu lub sterowań. Niektóre spośród przedstawionych w pracy rozważań mają charakter wyłącznie teoretyczny, jednak większość została zilustrowana wynikami symulacji komputerowych, a wybrane algorytmy zweryfikowano eksperymentalnie w warunkach laboratoryjnych.