Marco General
Un sistema de tiempo real es un sistema de procesamiento de información el cual tiene que responder a estímulos de entrada generados externamente en un período de tiempo finito y específico
Estricto cumplimiento de tiempos, o plazos de respuesta
Las tareas son la unidad de cómputo a ser planificada y ejecutada
Plazo de respuesta definido por su aplicación
Un STR maneja variables de procesos externos (E/S)
Concurrencia. El sistema debe resolver distintos problemas a la vez (||)
Un STR responde de manera predecible a estímulos externos impredecibles
SISTEMAS DE CONTROL
Combinación sus componentes actúan conjuntamente para alcanzar un objetivo particular.
Objetivo es el control manual o automático de cierta cantidad o variable física.
Entrada:
Estímulo, excitación o mandato aplicado para producir una respuesta específica del sistema.
Salida:
Respuesta real del sistema. Puede coincidir o no con la respuesta del sistema, implícita en la entrada correspondiente
Tipo de control:
Lazo abierto: Control independiente de la salida y de las variables del sistema (por ejemplo una tostadora).
Lazo cerrado: Control dependiente de la salida y/o de las variables del sistema (por ejemplo un sistema de aire acondicionado).
Los recientes sistemas de control son subsistemas de un sistema complejo, donde el componente básico de control es un microprocesador que usa un kernel de tiempo real o un sistema operativo en timepo real.
Las técnicas de tiempo real aún no estan bien definidas en los sistemas de control, ya que los microprocesadores tienen que compartir recursos y no se puede garantizar el tiempo de ejecución de cada tarea.
El diseño de un sistema de control en tiempo real es esencialmente un problema de co-diseño, debido a que las decisiones hechas en tiempo real afectan al diseño de control y viceversa.
Esta combinación de co-diseño crea la posibilidad de desarrollar sistemas más integrados, flexibles y dinámicos.
La integración de estos dos enfoques requiere de nuevas herramientas para su análisis, diseño e implementación
Antecedentes
Los sistemas de control en tiempo real son tradicionalmente diseñados en base a dos enfoques de la ingeniería.
La teoría de control desarrolla modelos para plantas que va a ser controladas por medio del diseño de una ley de control y su prueba en una simulación.
La teoría de sistemas en tiempo real desarrolla un algoritmo de control para implementar, y configurar el sistema en tiempo real, por medio de la asignación de prioridades, fin de plazo (deadlines), periodos, etc.
SCTR de autos
SCTR de plantas eléctricas
SCTR aéreos
SCTR para plantas nucleares
Definición del problema
En la mayor parte de los casos el control es ejecutado periódicamente, enfocándose solamente en el dominio del problema sin preocuparse de cómo la planificación afecta al lazo de control.
la latencia de entrada y salida
el periodo
retardo del tiempo de computo
Se requiere de nuevas herramientas para su análisis, diseño, simulación e implementación.
Poco soporte para el manejo de interrupciones.
Ambiente grafico del modelo de control y limitado para el manejo de tiempos de ejecución
Manejo de sobrecarga de las tareas, donde se cuestiona ¿Qué pasa si el control de tareas no termina a su fin de plazo?
Peor caso del tiempo de ejecución.
Propuesta
La propuesta de esta tesis es el desarrollo de una herramienta visual en Matlab sobre un kernel multitareas para simular sistemas de control en tiempo real. Esta herramienta tiene como objetivo auxiliar el desarrollo de co-diseños de sistemas de control y planificación en tiempo real.
La parte fundamental del desarrollo de la tesis se enfoca en aprovechar las ventajas de Matlab/Simulink para simular sistemas de control fuera del ambiente de Matlab, que permitan un análisis más flexible del comportamiento del algoritmo de control y su interacción entre la planificación y el control de tareas.
Funciones de C/C++
Funciones de Matlab
Diagramas de bloques de Simulink
Objetivo General
Generar una herramienta de software para simular un sistema de control en tiempo real desarrollada en Matlab/Simulink sobre un kernel multitareas.
Objetivos Específicos
Desarrollar una conexión entre el código de Matlab/Simulink y el kernel de tiempo real.
Simular un sistema de control en tiempo real aplicando técnicas de planificación de tareas sobre un kernel de tiempo real
Ejecutar pruebas de desempeño en varios procesos sobre el kernel de tiempo real, simulando problemas relacionados con la integracion de tiempos en un sistema de control.
Metodología
La metodología a seguir para el desarrollo de este trabajo de tesis:
Recopilación bibliografíca de los artículos relacionados y revisión del estado del arte. Realizar un estudio de las características de simulación de procesos de control y tiempo real en Simulink.
Identificar herramientas para convertir programas de MATLAB en componentes que puedan ser usados fuera del ambiente de MATLAB.
Desarrollar un prototipo experimental con un sistema de control de lazo cerrado sobre el kernel de tiempo real sin algoritmos de planificación y recopilación de datos
Realizar pruebas del prototipo con un sistema de control en tiempo real, utilizando los algoritmos de planificación conocidos y recopilación de datos.
Generación de la versión de prueba sobre Simulink de la herramienta de simulación y generación de reportes.
Pruebas de la herramienta de simulación.
Simular y analizar el peor caso del tiempo de ejecución para el sistema de control en tiempo real y pruebas finales.
Escritura de la tesis.
Generar reportes de los resultados obtenidos para publicaciones.
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