DECENTRALIZED NETWORKED CONTROL SYSTEMS WITH COMMUNICATION CONSTRAINTS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD Thesis) PhD_Thesis_Faisal_SE_199785010.pdf - Published Version Download (12MB) | Preview

Arabic Abstract

في هذه الأطروحة ،تتم دراسة أنظمة التحكم اللامركزية لمراقبة الأنظمة الديناميكية حيث تنتشر حلقات التحكم على الشبكة . في مثل هذه النظم اللامركزية تتم عمليات التحكم وتتواصل النظم والمتحكمات مع بعضها البعض عبر شبكة الاتصال المشتركة ذات الإمكانات المحدودة والمقيدة. لذلك يجب أن يتم دراسة تأثير مثل هذه الشبكة على نظام التحكم مثل تأخير وصول المعلومات وأوامر التحكم، فقدان حزم التحكم، فترات الفاصل الزمني المتغيرة لأخذ القراءات والأخطاء التي تسببها القراءات المتفاوتة. هذه الأمور تؤدي إضافة قيود وصعوبات أثناء عمليات تصميم حلقة التحكم التي قد لا تواجهنا في تصميم حلقات التحكم التقليدية وقد تكون لها آثار سلبية قد تعرض استقرار النظام للخطر أو تسبب رداءة في الأداء. من المهم في تصميم استراتيجية التحكم تحديد كيفية بناء حلقة التحكم و السيطرة، وأين يأتي دور شبكة الاتصال المشتركة في التصميم. يتضمن هذا العمل أيضا وصف الهيكل العام للنظام اللامركزي عبر الشبكات المقيدة الاتصال جنبا إلى جنب مع الخصائص والمشاكل الرئيسية لمثل هذه الأنظمة، وأساليب التعامل مع البيانات والإشارات المفقودة. بعد ذلك تم عمل المحاكاة لهذه الأنظمة التي تمت دراستها وتحقيق صحتها على أنظمة قياسيةمعروفة الخصائص بعد ذلك تم تطبيق نتائج الدراسة على تطبيقات من واقع الحياة المعاصرة، وقد تم اختيار تنسيق و تنظيم حركة المرور بين تقاطعات الطرق ذات الإشارات الضوئية ، وقد تمت مناقشة مختلف هياكل مراقبة الحركة المرورية المحكومة بالإشارات الضوئية ذات الاتصال، بما في ذلك اللامركزيةوالموزعة والهرمية . وتستخدم هذه الهياكل لتنسيق الحركة المرورية بين التقاطعات ذات الإشارات الضوئية والتي يمكن أن تعتبر تطبيقا كبيرا في مجال السيطرة والتحكم بالشبكة ذات التقاطعات المرورية المتتابعة والتي تساعد مهندس التحكم والمرور لتحقيق أهداف معينة. هنالك الكثير من الأهداف التي يمكن تحقيقها والتي منها على سبيل المثال تقليل وقت الانتظار خلال انتظار إشارة الضوء الأحمر وأداء تحكم أفضل في دورةالإشارة الخض راء التالية، وزيادة لإمكانية تدفق المركبات وسيرها بشكل متواصل بين التقاطعات على التوالي دون الحاجة للتوقف عند كل إشارة ضوئية وهو الأمر الذي يقلل من وقت الانتظار خلال الرحلة وبالتالي إجمالي الوقت اللازم لقطع المسافة بين هذه التقاطعات. كما سيتم تسليط الضوء على أهداف أخرى في هذا العمل ودراستها. وتقدم الأطروحة دراسة استقصائية وبحثية واسعة النطاق حول عدد كبير من النماذج المستخدمة لمراقبة وتنظيم الحركة المرورية. أيضا تم تمثيل هذه المسائل بنماذج رياضية اعتمادا على طرق معينة تشمل أنظمة التحكم المختلفة حيث تأخذ هذه النما ذج في الاعتبار آثار روابط الاتصال مع الفقدان الناجم عن التأخير، وتسرب الحزم، والقيود على الاتصالات وتفاوت الفاصل الزمني للقراءات. وقد تم اعتماد شروط كافية لاستقرار النظام على شكل متراجحات مصفوفية خطية لعدد من مفاهيم الإستقرار. وبعد ذلك تم القيام بمقارنة أنواع مختلفة من نظم التحكم عبر الشبكة التي تمت منقاشتها وتحليل الأداء لكل منها باستخدام المحاكاة ثم مناقشة الصعوبات الناتجة عن كل نظام . وفي ختام العمل تم طرح بعض النقاط التي يمكن إضافتها إلى هذا العمل مستقبلا .

English Abstract

In this work, we investigate a decentralized control approach to dynamical systems where the control loops are spread over a network. In such a decentralized networked control systems (DecNCS), the subsystems are communicating with each other via a shared communication network. The properties of the network such as delay, packet dropout, varying sample interval and induced errors must be studied when designing the control system. These properties add restrictions and difficulties in the control loop that are not present in traditional control loops. It is important in the design of the control strategy to identify how the control loop is structured and where the network comes into the picture. Also, the general structure of a decentralized networked control system is described along with the main characteristics, major problems, network communication parameters and the techniques of handling lost control data. The proposed approach that is applied to a selected real-life application, which is the signalized traffic coordination and control problem, is discussed here over different traffic light control structures over communication links, including the decentralized, quasi-decentralized, distributed and hierarchical networked structures. These structures are used for coordinating multiple intersections, which could be a great application of networked control problem control for the signalized traffic light intersections that will help the designer to achieve certain objectives. Some of these objectives are to minimize the waiting time during the red light period and perform better control in the next green cycle, maximize the flow between consecutive intersections which will minimize both the number of stops and the average waiting time during the trip. Other objectives will also be highlighted in this work. An extensive and collective literature survey about all models used for traffic control problem is presented here. A state-space model of traffic dynamics under these different control structures is proposed. The model takes into account the effects of lossy communication links such as networked induced delays, packet dropout, communication constraints and varying sample interval. Also, a sufficient condition for system stability is provided based on LMI. Finally, a comparison of different types of networked control systems and performance analysis were done using simulation.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Computer Systems
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	Mahmoud, Magdi
Committee Co-Advisor:	AlSunni, Fouad
Committee Members:	Elshafei, Mustafa and Saif, Abdulwahed and Cheded, Lahouari
Depositing User:	AL NASSER FAISAL AHMAD (g199785010)
Date Deposited:	12 Dec 2012 11:53
Last Modified:	01 Nov 2019 15:37
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138802