@PhDThesis{OliveiraJr:2015:EsEfSi,
author = "Oliveira Junior, Eloy Martins de",
title = "Estudo dos efeitos da sincroniza{\c{c}}{\~a}o sobre o
transit{\'o}rio e a estabilidade de sistemas de controle por
rede",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2015",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2015-05-27",
keywords = "sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, sistemas de controle
por redes, IEEE 1588, Welch-Lynch, sistemas de tempo real, clock
synchronization, networked control systems, real time systems.",
abstract = "Com o crescimento da complexidade e integra{\c{c}}{\~a}o dos
sistemas, a sincroniza{\c{c}}{\~a}o torna-se cada vez mais
importante, pois a de-sincroniza{\c{c}}{\~a}o em tempo ou em
fase pode causar falhas graves ou at{\'e} catastr{\'o}ficas.
Particularmente, a sincroniza{\c{c}}{\~a}o de tempo, ou de fase,
{\'e} um aspecto muito importante para se atingir alto
desempenho, confiabilidade e determinismo em sistemas de controle
por rede. A implementa{\c{c}}{\~a}o distribu{\'{\i}}da, a
integra{\c{c}}{\~a}o de sistemas, a complexidade e o aumento do
requisito de confiabilidade tornam diversos problemas que antes
n{\~a}o eram importantes, agora relevantes; demandando o
desenvolvimento de novas tecnologias, t{\'e}cnicas e algoritmos.
Dentre estes problemas est{\'a} {\`a} sincroniza{\c{c}}{\~a}o
de tempo entre diversas entidades de uma implementa{\c{c}}{\~a}o
distribu{\'{\i}}da e como estas solu{\c{c}}{\~o}es influenciam
o desempenho de sistemas de controle por rede. Esta tese estuda os
efeitos da sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios sobre o
transit{\'o}rio e a estabilidade de sistemas de controle por
rede, principalmente no {\^a}mbito de sistemas com ciclo de vida
extenso tal como o espacial. O trabalho prop{\~o}e-se um conjunto
de algoritmos reconfigur{\'a}veis e suaviz{\'a}veis de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o com m{\'e}trica mista (Precis{\~a}o,
Exatid{\~a}o e Controle) corrigindo os vieses iniciais, os vieses
instant{\^a}neos causados pela deriva dos rel{\'o}gios locais e
tamb{\'e}m a deriva dos rel{\'o}gios l{\'o}gicos, utilizando
t{\'e}cnicas de amortiza{\c{c}}{\~a}o das descontinuidades de
tempo durante o ajuste dos rel{\'o}gios. Ainda prop{\~o}e a
aplica{\c{c}}{\~a}o da t{\'e}cnica
\${{"}}\$cross-fading\${{"}}\$ para amortizar a
descontinuidade de tempo dos algoritmos de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios, analisando o uso de
tr{\^e}s tipos de fun{\c{c}}{\~o}es amortizadoras (degrau,
rampa e exponencial). Tamb{\'e}m analisa-se e valida-se o
conjunto de algoritmos (ReS, PReS, AReS, PAReS) de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios sobre um sistema de
controle por redes comparando os resultados com os algoritmos FTM,
PTP e SR, abordando o problema atrav{\'e}s de teoria,
an{\'a}lise, controle e simula{\c{c}}{\~a}o. Al{\'e}m disso,
prop{\~o}e um modelo em espa{\c{c}}o de estados de
sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios que faz a ponte entre o
mundo do controle e o mundo da sincroniza{\c{c}}{\~a}o de
rel{\'o}gios. O conjunto de algoritmos ReS melhorou o desempenho
tanto da sincroniza{\c{c}}{\~a}o quanto do sistema de controle.
As m{\'e}tricas mistas de precis{\~a}o, exatid{\~a}o e controle
sobre um algoritmo de reconfigura{\c{c}}{\~a}o e suaviz{\'a}vel
demonstraram ser uma abordagem a ser seguida no projeto de
algoritmos de sincroniza{\c{c}}{\~a}o de rel{\'o}gios para
sistemas de controle por redes. A verifica{\c{c}}{\~a}o e
valida{\c{c}}{\~a}o sobre dos algoritmos propostos no NCS foram
feitas atrav{\'e}s de simula{\c{c}}{\~o}es desenvolvidas no
ambiente Matlab/Simulink com ajuda da ferramenta TrueTime.
ABSTRACT: With the growing complexity and integration of systems,
synchronization becomes increasingly important, as the time or
phase de-synchronization can cause serious or even catastrophic
failures. Time or phase synchronization is a very important aspect
to achieve high performance, reliability and determinism in
networked control systems. Therefore, this work studies the
effects of synchronization on the transient and stability of
networked control systems. The distributed approach the systems
integration, the complexity and the increase in reliability turns
relevant several problems as the time synchronization problem of
distributed systems and their effects on the performance of
networked control systems, requiring the development of new
techniques and algorithms. This thesis studies the effects of the
synchronization on the transient and stability of networked
control systems, mainly in the framework of systems with extended
life cycle such as space systems. The work proposes a set of
reconfigurable and smoothable clock synchronization algorithms
with multiple metrics (Precision, Accuracy and Control) correcting
the initial offset, offsets caused by the drift of local clocks
and also the drift of the logical clocks, using amortization
techniques to time discontinuities problem during the clock
adjustments. The cross-fading technique is proposed to amortize
the time discontinuity of clock synchronization algorithms, using
at least three types amortized functions (step, ramp and
exponential). Further, this thesis analyzes and validates the set
of clock synchronization algorithms (ReS, PReS, AReS, PAReS) on a
networked control system comparing the results with the FTM, PTP
and SR clock synchronization algorithms, by means of theory,
analysis, control and simulation. In addition, it is proposed a
first clock synchronization model in state space to bridge the gap
between the control world and clock synchronization world. The set
of ReS algorithms improves the performance of both synchronization
and control system. Multiple metrics as precision, accuracy and
control on a reconfigurable and smoothable algorithm proved itself
to be a good approach to be used in the design of clock
synchronization algorithms for network control systems. The
verification and validation of the proposed algorithms on the NCS
were made through simulations developed in Matlab/Simulink
environment with the help of TrueTime toolbox.",
committee = "Ricci, Mario Cesar (presidente) and Souza, Marcelo Lopes de
Oliveira e (orientador) and Milani, Paulo Gi{\'a}como and Souza,
Luiz Carlos Gadelha de and Moreira, Fernando Jos{\'e} de Oliveira
and Valdivia, Rolf Henry Vargas",
copyholder = "SID/SCD",
englishtitle = "Study of the effects of the sincronization on the transient and
stability of networked control systems",
language = "pt",
pages = "467",
ibi = "8JMKD3MGP3W34P/3JGJC7E",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34P/3JGJC7E",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}