Sampling Period Selection of Control Application Connected to FlexRay Bus

Flexray is a high speed communication protocol designed for distributive control in automotive control applications. Control performance not only depends on the control algorithm but also on the scheduling constraints in communication. A balance between the control performance and communication constraints must required for the choice of the sampling rates of the control loops in a node. In this paper, an optimum sampling period of control loops to minimize the cost function, satisfying the scheduling constraints is obtained. An algorithm to obtain the delay in service of each task in a node of the control loop in the hyper period has been also developed. (C) 2015 The Authors. Published by Elsevier B.V.

Toolchain para la generación de aplicaciones de control basadas en componentes.

[ES]Con el objetivo de crear un entorno de desarrollo que permita la ejecución de aplicaciones de control en sistemas ARM, se utilizarán diferentes métodos y recursos informáticos y poder crear con esto un Toolchain capaz de generar binarios para los sistemas citados anteriormente.

Gráficos de controle adaptativos para monitoramento de perfis

Processos de produção precisam ser avaliados continuamente para que funcionem de modo mais eficaz e eficiente possível. Um conjunto de ferramentas utilizado para tal finalidade é denominado controle estatístico de processos (CEP). Através de ferramentas do CEP, o monitoramento pode ser realizado periodicamente. A ferramenta mais importante do CEP é o gráfico de controle. Nesta tese, foca-se no monitoramento de uma variável resposta, por meio dos parâmetros ou coeficientes de um modelo de regressão linear simples. Propõe-se gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento dos coeficientes do modelo de regressão linear simples. Mais especificamente, são desenvolvidos sete gráficos de controle χ2 adaptativos para o monitoramento de perfis lineares, a saber: gráfico com tamanho de amostra variável; intervalo de amostragem variável; limites de controle e de advertência variáveis; tamanho de amostra e intervalo de amostragem variáveis; tamanho de amostra e limites variáveis; intervalo de amostragem e limites variáveis e por fim, com todos os parâmetros de projeto variáveis. Medidas de desempenho dos gráficos propostos foram obtidas através de propriedades de cadeia de Markov, tanto para a situação zero-state como para a steady-state, verificando-se uma diminuição do tempo médio até um sinal no caso de desvios pequenos a moderados nos coeficientes do modelo de regressão do processo de produção. Os gráficos propostos foram aplicados a um exemplo de um processo de fabricação de semicondutores. Além disso, uma análise de sensibilidade dos mesmos é feita em função de desvios de diferentes magnitudes nos parâmetros do processo, a saber, no intercepto e na inclinação, comparando-se o desempenho entre os gráficos desenvolvidos e também com o gráfico χ2 com parâmetros fixos. Os gráficos propostos nesta tese são adequados para vários tipos de aplicações. Neste trabalho também foi considerado características de qualidade as quais são representadas por um modelo de regressão não-linear. Para o modelo de regressão não-linear considerado, a proposta é utilizar um método que divide o perfil não-linear em partes lineares, mais especificamente, um algoritmo para este fim, proposto na literatura, foi utilizado. Desta forma, foi possível validar a técnica proposta, mostrando que a mesma é robusta no sentido que permite tipos diferentes de perfis não-lineares. Aproxima-se, portanto um perfil não-linear por perfis lineares por partes, o que proporciona o monitoramento de cada perfil linear por gráficos de controle, como os gráficos de controle desenvolvidos nesta tese. Ademais apresenta-se a metodologia de decompor um perfil não-linear em partes lineares de forma detalhada e completa, abrindo espaço para ampla utilização.

Hardware Reconfigurável para Controladores Nebulosos.

Controle de processos é uma das muitas aplicações que aproveitam as vantagens do uso da teoria de conjuntos nebulosos. Nesse tipo de aplicação, o controlador é, geralmente, embutido no dispositivo controlado. Esta dissertação propõe uma arquitetura reconfigurável eficiente para controladores nebulosos embutidos. A arquitetura é parametrizável, de tal forma, que permite a configuração do controlador para que este possa ser usado na implementação de qualquer aplicação ou modelo nebuloso. Os parâmetros de configuração são: o número de variáveis de entrada (N); o número de variáveis de saída (M); o número de termos linguísticos (Q); e o número total de regras (P). A arquitetura proposta proporciona também a configuração das características que definem as regras e as funções de pertinência de cada variável de entrada e saída, permitindo a escalabilidade do projeto. A composição das premissas e consequentes das regras são configuráveis, de acordo com o controlador nebuloso objetivado. A arquitetura suporta funções de pertinência triangulares, mas pode ser estendida para aceitar outras formas, do tipo trapezoidal, sem grandes modificações. As características das funções de pertinência de cada termo linguístico, podem ser ajustadas de acordo com a definição do controlador nebuloso, permitindo o uso de triângulos. Virtualmente, não há limites máximos do número de regras ou de termos linguísticos empregados no modelo, bem como no número de variáveis de entrada e de saída. A macro-arquitetura do controlador proposto é composta por N blocos de fuzzificação, 1 bloco de inferência, M blocos de defuzzificação e N blocos referentes às características das funções de pertinência. Este último opera apenas durante a configuração do controlador. A função dos blocos de fuzzificação das variáveis de entrada é executada em paralelo, assim como, os cálculos realizados pelos blocos de defuzzificação das variáveis de saída. A paralelização das unidades de fuzzificação e defuzzificação permite acelerar o processo de obtenção da resposta final do controlador. Foram realizadas várias simulações para verificar o correto funcionamento do controlador, especificado em VHDL. Em um segundo momento, para avaliar o desempenho da arquitetura, o controlador foi sintetizado em FPGA e testado em seis aplicações para verificar sua reconfigurabilidade e escalabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com os do MATLAB em cada aplicação implementada, para comprovar precisão do controlador.

Modelling and predictive control: Enabling technologies for reconfiguration

An approach to reconfiguring control systems in the event of major failures is advocated. The approach relies on the convergence of several technologies which are currently emerging: Constrained predictive control, High-fidelity modelling of complex systems, Fault detection and identification, and Model approximation and simplification. Much work is needed, both theoretical and algorithmic, to make this approach practical, but we believe that there is enough evidence, especially from existing industrial practice, for the scheme to be considered realistic. After outlining the problem and proposed solution, the paper briefly reviews constrained predictive control and object-oriented modelling, which are the essential ingredients for practical implementation. The prospects for automatic model simplification are also reviewed briefly. The paper emphasizes some emerging trends in industrial practice, especially as regards modelling and control of complex systems. Examples from process control and flight control are used to illustrate some of the ideas.

Thermal energy minimisation in papermaking via MD control approach

This paper reports the application of Advanced Process Control (APC) techniques for improving the thermal energy efficiency of a paperboard-making process by regulating the Machine Direction (MD) profile of the basis weight and moisture content of the paper-board. A Model Predictive Controller (MPC) is designed so that the sheet moisture and basis weight tracking errors along with variations of the sheet moisture and basis weight are reduced. Also, the drainage is maximised through improved wet-end stability which can facilitate driving the sheet moisture set-point closer to its upper specification limit over time. It is shown that the proposed strategy can result in reducing steam usage by 8-10%. A simulation study based on a UK board machine is presented to show the effectiveness of the proposed technique. © 2011 Intl Journal of Adv Mechatr.

Predictive control of a Boeing 747 aircraft using an FPGA

New embedded predictive control applications call for more eficient ways of solving quadratic programs (QPs) in order to meet demanding real-time, power and cost requirements. A single precision QP-on-a-chip controller is proposed, implemented in afield-programmable gate array (FPGA) with an iterative linear solver at its core. A novel offline scaling procedure is introduced to aid the convergence of the reduced precision solver. The feasibility of the proposed approach is demonstrated with a real-time hardware-in-the-loop (HIL) experimental setup where an ML605 FPGA board controls a nonlinear model of a Boeing 747 aircraft running on a desktop PC through an Ethernet link. Simulations show that the quality of the closed-loop control and accuracy of individual solutions is competitive with a conventional double precision controller solving linear systems using a Riccati recursion. © 2012 IFAC.

Field programmable gate array based predictive control system for spacecraft rendezvous in elliptical orbits

Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd. Summary A field programmable gate array (FPGA) based model predictive controller for two phases of spacecraft rendezvous is presented. Linear time-varying prediction models are used to accommodate elliptical orbits, and a variable prediction horizon is used to facilitate finite time completion of the longer range manoeuvres, whilst a fixed and receding prediction horizon is used for fine-grained tracking at close range. The resulting constrained optimisation problems are solved using a primal-dual interior point algorithm. The majority of the computational demand is in solving a system of simultaneous linear equations at each iteration of this algorithm. To accelerate these operations, a custom circuit is implemented, using a combination of Mathworks HDL Coder and Xilinx System Generator for DSP, and used as a peripheral to a MicroBlaze soft-core processor on the FPGA, on which the remainder of the system is implemented. Certain logic that can be hard-coded for fixed sized problems is implemented to be configurable online, in order to accommodate the varying problem sizes associated with the variable prediction horizon. The system is demonstrated in closed-loop by linking the FPGA with a simulation of the spacecraft dynamics running in Simulink on a PC, using Ethernet. Timing comparisons indicate that the custom implementation is substantially faster than pure embedded software-based interior point methods running on the same MicroBlaze and could be competitive with a pure custom hardware implementation.

基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统

随着电子技术和计算机技术的不断发展，工业生产过程的控制系统正在向着智能化、数字化和网络化的方向发展。传统的集散控制方式和计算机分层控制方式已经开始让位于智能终端与网络结合的总线网络控制方式。当今，在工厂中过程控制环境下的分布式自动化系统变得越来越复杂，尤其系统内部的各设备之间需要快速交换大量的信息，以便实现对被控系统更为精确的控制和提供一些辅助的评价函数。这就意味着要不断增加带宽和提高通信速率以满足网络通信的需要。在现有的多种可利用网络设备中，CAN总线以其清晰的定义、极高的可靠性及其独特的设计，被认为是最能有效地解决这一问题的途径之一。而且市场上基于通信技术的产品中，就实时性考虑，由于CAN总线采用的非表意性的通信方式，因此其结构更为简单，实时性更好。基于此背景，我们以CAN总线作为通信媒介，将分布于各控制现场的传感器、执行器和控制器有序地连接起来，构成了一个基于CAN总线的分布式局域网络控制系统。本文首先介绍了基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统的总体结构。然后从硬件方面描述了基于CAN总线的通信协议转换单元、数据采集单元和输出控制单元的功能、硬件配置及各单元功能的具体实现过程，给出了各单元的性能指标。软件方面，以C语言作为平台，开发了基于CAN总线的上位计算机管理与监控软件，实现了对整个网络设备的系统管理和系统控制功能。对于该总线系统，作者运用了PID控制和模糊控制算法实现了对水箱液位的控制，达到了理想的效果。基于CAN总线的控制系统很好地解决了集散控制系统难以解决的难题，模糊控制的应用能很好地把总线控制系统应用到具有非线性、大时滞和难于获得精确模型的控制系统中。

Antenna development for wearable wireless sensing systems

Embedded wireless sensor network (WSN) systems have been developed and used in a wide variety of applications such as local automatic environmental monitoring; medical applications analysing aspects of fitness and health energy metering and management in the built environment as well as traffic pattern analysis and control applications. While the purpose and functions of embedded wireless sensor networks have a myriad of applications and possibilities in the future, a particular implementation of these ambient sensors is in the area of wearable electronics incorporated into body area networks and everyday garments. Some of these systems will incorporate inertial sensing devices and other physical and physiological sensors with a particular focus on the application areas of athlete performance monitoring and e-health. Some of the important physical requirements for wearable antennas are that they are light-weight, small and robust and should also use materials that are compatible with a standard manufacturing process such as flexible polyimide or fr4 material where low cost consumer market oriented products are being produced. The substrate material is required to be low loss and flexible and often necessitates the use of thin dielectric and metallization layers. This paper describes the development of such a wearable, flexible antenna system for ISM band wearable wireless sensor networks. The material selected for the development of the wearable system in question is DE104i characterized by a dielectric constant of 3.8 and a loss tangent of 0.02. The antenna feed line is a 50 Ohm microstrip topology suitable for use with standard, high-performance and low-cost SMA-type RF connector technologies, widely used for these types of applications. The desired centre frequency is aimed at the 2.4GHz ISM band to be compatible with IEEE 802.15.4 Zigbee communication protocols and the Bluetooth standard which operate in this band.