KFUPM ePrints

Control Algorithms for Distributed Networked Industrial Systems

l Control Algorithms for Distributed Networked Industrial Systems. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
2622Kb

Arabic Abstract

تتكون نظم التحكم المتوزعة من عده مكونات مثل الحاكم ،المجس و المحفز ، والتي بدورها تتواصل من خلال شبكة إتصالات. وقد تطور التحكم الشبكي في المصانع من خطوط إتصال مخصصة الى خطوط إتصال موزّعة في شبكه اتصال مشتركة.و بشكل عام تعتمد نظم التحكم والاتصال في نظم الشبكات الموزعة الصناعية على أخذ العينات بشكل ترددي، وهذا يؤدي الى الزيادة في اشغال شبكات الاتصال والمعالجات الحاسوبية مما يؤدي الى زيادة في تدفق البيانات في شبكة الاتصالات. وتؤدى هذه الزيادة في استخدام الشبكة الى مشاكل فى التاخير في نقل البيانات و ضياع بيانات و تجاوز أحمال الشبكة ومن ثم تؤثر على كفائة واستقرار دوائر التحكم في الشبكة. وفى هذا الصدد تقدم هذه الاطروحه حلا علميا بالاعتماد على مبدأ الحدث للتقليل من أحمال الشبكة وتجنب تأخير وضياع البيانات. وتتبنى الاطروحه مبدا "الحدث للتغذية المرتجعه" لمخرجات النظام فى تطبيق نظم التحكم والاتصال مستخدمه شبكات الاتصال اللاسلكية و معتمده على اساليب المحاكاة والتجربة الحوسبيه لنظم التحكم المتوزعة. ومن خلال البحث تم اقتراح أساليب علميه رياضيه لدعم استخدام التغذية المرتجعه من المخرجات لنقل عينات واتمام عملية التحكم بواسطة مبدا الحدث .و يتنبأ نظام التوقع المتوزع بقيم عناصر النظام من خلال القيم المحلية المتوفرة ويتخذ على اثرها الاجراء لنقل المعلومات استمرارا لتواصل العمليات الصناعيه وتحقيق الاهداف العامة لهذا النظام المتوزع. وقد تم أستخدام الرياضيات العاليه فى توصيف عملية تصميم الحاكم على شكل ايجاد حلول لنظام متباينات المصفوفات الخطية و يعتمد تنفيذه على اخذ العينات للتغذية المرتجعه من المخرجات بواسطة مبدأ الحدث. وينبغى التاكيد على أن الحاكم المصمم يضمن الاتزان الديناميكى لنظم التغذيه العكسيه كما يؤدى الى كفاءة عاليه بالنسبة لوقت أخذ العينة للتحكم في شبكة الاتصال اللاسلكية. و قد أظهرت نتائج المحاكاة أن طرائق الحوكمه المستنبطه بواسطة أخذ عينة بمبدأ الحدث كفاءة في استغلال الموارد مع المحافظة على الاتزان الديناميكى بالمقارنة مع نظم التحكم المعتمدة على أخذ العينات بشكل ترددي .و عليه أكدت هذه الدراسة في أن التحكم وادارة النظام بواسطة مبدأ الحدث يجب أن تكون الخيار الأول في نظم التحكم المتوزعة بشبكة المعلومات في التطبيقات الصناعية والتي يكون فيها استغلال موارد معالجة البيانات ونقلها والطاقة المستهلكة في ذلك في أكبر قدر من الكفاءة والتوفير.

English Abstract

Distributed control system comprises many nodes (i.e., controllers, sensors, and actuators), which are interconnected with communication networks. The control networks in industry have evolved from dedicated communication links to distributed communication links over shared data networks. Typically, the control and communication systems in a distributed networked industrial system are based on periodic sampling. This may result in excessive use of communication and computational resources causing high network traffic. The increased network traffic can cause delay, packet drop, and network congestion problems which affect the performance and stability of control loops over the network. This thesis proposes an event-based solution to reduce the network traffic and to avoid the delay, and packet drop in the context of distributed networked control systems. The thesis studies event based control systems and communication scheme in output-feedback framework and with application to wireless communication network. Initially, the simulation and experimental investigation is conducted in the framework of distributed networked systems. A general output-feedback based framework is proposed for event-triggered transmission and control. Locally distributed observers estimate the states from the locally available data and make decision for event-triggered transmission. The output feedback control is calculated based on local estimates and on information received from other subsystems in the distributed system to meet the overall objectives. The design problem of the event-triggered output-feedback control is proposed as a linear matrix inequality (LMI) feasibility problem. The feasible solution of the LMIs results into a stable event-triggered output-feedback control scheme. The performance of the eventtriggered control versus time-triggered control is evaluated over wireless network with extensive simulations. The simulations show that the event-triggered control results in efficient resource utilization with stable performance as compared to time triggered control. The study concludes that the event based monitoring, estimation, and control should be the first choice for distributed networked industrial systems where computational, communication and energy resources should be used efficiently.



Item Type:Thesis (PhD)
Subjects:Systems
Engineering
Research
Divisions:College Of Computer Sciences and Engineering > Systems Engineering Dept
Committee Advisor:Mahmoud, Magdi
Committee Co-Advisor:Elshafei, Moustafa
Committee Members:Elferik, Sami and AlSunni, Fouad and Habib, Mohamed
ID Code:139131
Deposited By:MOHAMMAD SABIH (g200604540)
Deposited On:20 Mar 2014 08:36
Last Modified:24 Nov 2014 10:46

Repository Staff Only: item control page