@MastersThesis{OliveiraJúnior:2010:EsAlWe,
author = "Oliveira J{\'u}nior, Eloy Martins de",
title = "Estudo dos algoritmos Welch-Lynch (FTM), Fault-Tolerant Average
(FTA) e filtro de Kalman (FK) para sincroniza{\c{c}}{\~a}o de
rel{\'o}gios e suas influ{\^e}ncias sobre um sistema de
controle",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2010",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2010-02-26",
keywords = "sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, tempo real, algoritmo
Welch-Lynch, sistema de controle por rede, filtro de Kalman,
microtick, tempo global, sincroniza{\c{c}}{\~a}o interna, FTA
(fault-tolerant average), clock synchronization, real time,
Welch-Lynch algorithm, networked control system, Kalman filter,
global time, internal synchronization.",
abstract = "O problema da sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios pode
aparecer em v{\'a}rios contextos diferentes, principalmente em
aplica{\c{c}}{\~o}es complexas e altamente integradas, como um
sat{\'e}lite artificial, integram a computa{\c{c}}{\~a}o,
comunica{\c{c}}{\~a}o e o controle. No contexto de sistemas de
tempo real, a composi{\c{c}}{\~a}o requer que {\`a}
aplica{\c{c}}{\~a}o seja especificada tanto no dom{\'{\i}}nio
l{\'o}gico quanto no dom{\'{\i}}nio temporal. Para garantir os
requisitos temporais e um comportamento consistente e est{\'a}vel
{\'e} necess{\'a}rio um estudo mais aprofundado de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios em um sistema
distribu{\'{\i}}do de tempo real. Este trabalho tem por objetivo
principal estudar algoritmos de sincroniza{\c{c}}{\~a}o de
rel{\'o}gios e suas influ{\^e}ncias sobre um sistema de
controle. Para isto, foram escolhidos: 1) o algoritmo de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios Welch-Lynch (FTM
Fault-Tolerant Mid-Point); 2) Filtro de Kalman; 3) FTA
(Fault-Tolerant Average); 4) Duas arquiteturas de controle
distribu{\'{\i}}do (Federada e Integrada). Nas duas arquiteturas
de controle utilizadas foram analisados e simulados os efeitos das
imperfei{\c{c}}{\~o}es do rel{\'o}gio no sistema. Na
arquitetura de controle federada a malha de controle n{\~a}o
est{\'a} em rede e na arquitetura de controle integrada a malha
de controle est{\'a} em rede. Para a simula{\c{c}}{\~a}o foi
usada uma ferramenta de simula{\c{c}}{\~a}o chamada TrueTime,
baseada em Matlab/Simulink e o Microsoft Excel. Variando os
par{\^a}metros de deriva e vi{\'e}s inicial do rel{\'o}gio,
foram feitos os seguintes casos de simula{\c{c}}{\~a}o: 1)
Simula{\c{c}}{\~a}o com o Microsoft Excel dos Algoritmos
Welch-Lynch e FTA, para an{\'a}lise e compara{\c{c}}{\~a}o; 2)
Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de Rel{\'o}gios utilizando-se do
Welch-Lynch em um sistema de controle com arquitetura federada com
barramento de comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA; 3)
Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de Rel{\'o}gios com Filtro de Kalman em
um sistema de controle com arquitetura federada com barramento de
comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA; 4) Sincroniza{\c{c}}{\~a}o de
Rel{\'o}gios utilizando-se o Welch-Lynch em um sistema de
controle com arquitetura integrada com os barramentos de
comunica{\c{c}}{\~a}o TDMA e Ethernet. Estes estudos de caso
possibilitaram analisar diversos casos de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, e as v{\'a}rias
influ{\^e}ncias que os rel{\'o}gios podem causar no sistema de
controle e na congru{\^e}ncia dos dados. Concluiu-se que: 1)A
arquitetura de controle Federada {\'e} muito mais robusta a erros
de rel{\'o}gios que a arquitetura de controle Integrada que
{\'e} mais sucetivel a erros; 2) O algoritmo Welch-Lynch n{\~a}o
garante a corre{\c{c}}{\~a}o de erros com vi{\'e}s inicial; 3)
O Filtro de Kalman corrigiu melhor erros de vi{\'e}s inicial; 4)
O FTA possui um desempenho melhor quando o sistema possui mais de
7 rel{\'o}gios a se sincronizar; 5) Os tr{\^e}s algoritmos,
Welch-Lynch, FTA e Filtro de Kalman corrigiram muito bem o erro de
deriva de rel{\'o}gio. Os Algoritmos Welch-Lynch, o FTA e o
Filtro de Kalman s{\~a}o tr{\^e}s m{\'e}todos muito bons, desde
que respeitadas as condi{\c{c}}{\~o}es e restri{\c{c}}{\~o}es
impostas pelo sistema. Neste trabalho os seus resultados foram
muito bons. Com os algoritmos foi poss{\'{\i}}vel simular,
analisar e verificar de uma forma geral, suas
suposi{\c{c}}{\~o}es, suas vantagens e desvantagens e a
precis{\~a}o alcan{\c{c}}ada em cada caso de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o. ABSTRACT: The clock synchronization
problems can appear in several different contexts, mainly in
complex applications and highly integration, as an artificial
satellite, which integrate the computer, communication and control
systems. In the real time systems context the composition requires
that the application is specified in both logical domain and in
the temporal domain. To ensure the timing requirements and a
consistent and stable behavior is necessary to further study the
synchronization of clocks in a distributed real time system. This
work intends to study the clock synchronization algorithms and
their influences on a control system. For do this, we chose: 1)
The Welch-Lynch (FTM Fault-Tolerant Mid-Point) clock
synchronization algorithm; 2) Kalman Filter; 3) FTA
(Fault-Tolerant Average); 4) Two Distributed Control System
Architecture (Federated and Integrated). We used two different
control architectures to analyze and simulate the effects of
imperfections of clock in the system, a Federated Control
Architecture (the control loop is not networked) and an Integrated
Control Architecture (the control loop on the network / Networked
Control System). For the simulation was used a TrueTime toolbox,
based on Matlab/Simulink and the Microsoft Excel. By varying the
parameters of drift and offset of the clock, were made the
following cases of simulation: 1) Simulation with Microsoft Excel
of a FTM Algorithm and a FTA algorithm for review and comparison;
2) Clock Synchronization using the Welch-Lynch Algorithm in a
federated control system architecture with TDMA databus; 3) Clock
Synchronization with Kalman Filter technique in a federated
control system architecture with TDMA databus; 4) Clock
Synchronization using the FTM Algorithm in a integrated control
system architecture with a TDMA and Ethernet databus. These case
studies made it possible to analyze several cases of clock
synchronization, and the various influences that the clock errors
may cause the clocks in the control system and in the data
congruence. It was concluded that: 1) The Federated control
architecture is much more robust to clock errors that integrated
control architecture that is more susceptible to clock errors; 2)
The FTM algorithm does not guarantee the convergence with initial
errors; 3) The Kalman Filter was best corrected with the initial
errors; 4) The FTA has a better performance when the system has
more than 7 clocks to synchronize; 5) The three algorithms, FTM,
FTA and Kalman filter corrected very well the error of clock
drift. The FTM, FTA and Kalman Filter algorithms are three good
methods to synchronize clocks, since it the constraints and
conditions are respected. In this work the results of three
algorithms are very good. With the algorithms were simulated,
analyzed and verified, in general, theirs assumptions, advantages,
disadvantages and the precision achieved of each case simulated.",
committee = "Ricci, Mario Cesar (presidente) and Souza, Marcelo Lopes de
Oliveira e (orientador) and Kuga, H{\'e}lio Koiti and Milani,
Paulo Gi{\'a}como and Trivelato, Gilberto da Cunha",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of Welch-Lynch (FTM), Fault-Tolerant Average (FTA) and
Kalman filter (KF) algorithms for clock synchronization and their
influences on a control system",
language = "pt",
pages = "455",
ibi = "8JMKD3MGP7W/37C2FHS",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/37C2FHS",
urlaccessdate = "02 maio 2024"
}