Implementation of a distributed control system using real-time operating system

Abstract

Tipik bir dağıtılmış kontrol sisteminde, ağ üstündeki kontrol sisteminin parçasıolan cihazlar, veri kaybı veya rasgele gecikmelerin yaşanabileceği bir bilgisayar ağıkullanarak haberleşir. Bu problemlere genel bir çözüm sunmak, sisteminkarmaşıklığından ve bu şartları etkileyebilecek muhtemel unsurların fazlalığındandolayı zordur. Modern bilgisayar ağlarında, bir veri kaybı yaşandığı zaman tekraryollanarak problem giderilmektedir. Fakat gerçek zamanlı uygulamalarda gecikmeveya kayıp halinde veriyi tekrar yollamanın bir anlamı yoktur. Eğer kaybolan gerçekzamanlı veri, ölçülen tesis çıktısı ise, tesis çıktısı tekrar ölçülüp en güncel haliyleyollanmalıdır. Eğer kaybolan gerçek zamanlı veri, kontrol çıktısı ise, çıktının tekrargönderilmesi, çıktının tesise geç bir zamanda uygulanması demektir; bu durumdakontrol çıktısının tekrar hesaplanıp gönderilmesi daha sağlıklıdır.Bu tez, ağ üzerinde rasgele veri kaybı veya gecikmenin olabileceğini kabullenenbir dağıtılmış kontrol sistem metodunu uygulamaya geçirmek adına yapılmış birçalışmadır. Bu çalışmada kullanılan metot, ağ üzerinde olabilecek muhtemel verikaybı ve gecikmeden kaynaklanabilecek problemleri, tesisin bir modelini çalıştırıpbelirli sayıdaki sonraki tesis durumunu ve karşılık gelen kontrol çıktısınıhesaplayarak telafi etmeye çalışmaktadır.Bu çalışmada, bu konuda yapılmış daha önceki çalışmalar incelendikten sonra,uygulamaya geçirilen tahminsel kontrol metodu anlatılmıştır. Daha sonra tasarım veuygulama aşamaları detaylarıyla anlatılmış ve test sonuçları yorumlanmıştır.

In a typical distributed control system, computer nodes communicate through acommon communication channel that introduces data loss and random delays.Supplying a generic solution to these constraints is hard due to the complexity and largevariety of possibilities that may affect these constraints in real life applications. In amodern communication network, if data is corrupted during transmission, it can beresent. However, it is not feasible to retransmit in control applications; if the packetcontents correspond to measured plant outputs, then the most recent data should bemeasured and sent instead, or if the packet contents correspond to a control signal andthe retransmission would cause the control signal to be applied late to the plant, it wouldbe better to recalculate the signal and send it again.This thesis is an attempt to implement a distributed control system designmethod, Model Based Predictive Networked Control System (MBPNCS), which acceptsthe fact that arbitrary delay and data loss may happen. The MBPNCS methodapproaches the problem by using a plant model to predict a predefined number of futurestates of the plant and respective control signal for each, to compensate for the possibledelay and data loss that can take place during the communication between nodes.In this work, after previous works have been examined, predictive controlmethod that is used in the implementation is introduced. Design and implementation ofthe methodology is explained in detail and results of the tests are presented.