Real time control for wireless networked multi-channel systems with safe switching techniques

Abstract

The aim of this thesis is to deploy and develop appropriate algorithms to overcome the problem of wireless remote control that is the presence of varying time delays imposed from wireless network communication between sensors and controller and between controller and actuators. From the technological point of view the goal is to develop new communication infrastructure decreasing the delays. Although the communication delays will be provisionally smaller, they will remain time varying, unknown, and uncertain. The current approaches in the literature study this issue in this direction. In the present work, we move towards the opposite direction of the standard technological trends, using larger but constant delays. This thesis replay to two fundamental questions; will a multi delay controller, designed using the linear approximants of the original plant, perform satisfactory to a nonlinear plant with large but constant and known delays? Are there any significant applications justifying the proposed “opposite direction” approach? The design requirements of I/O decoupling and/or asymptotic disturbance rejection are successfully applied through a wireless network to some of the most representative applications in networked control systems a) electric motors, b) tower cranes, c) robotics and d) quadrotors. The significance of this study is that the above design requirements for networked control systems are met successfully for the first time.

Ο στόχος αυτής της διατριβής είναι να παρατάξει και να αναπτύξει κατάλληλους αλγόριθμους για να ξεπεράσει το πρόβλημα του ασύρματου απομακρυσμένου ελέγχου που είναι η παρουσία χρονομεταβλητών καθυστερήσεων που επιβάλλονται από την ασύρματη επικοινωνία δικτύου μεταξύ αισθητήρων και ελεγκτή και μεταξύ ελεγκτή και ενεργοποιητών. Από τεχνολογική άποψη, ο στόχος είναι να αναπτυχθεί μια νέα υποδομή επικοινωνίας, μειώνοντας τις καθυστερήσεις. Αν και οι καθυστερήσεις στην επικοινωνία θα είναι προσωρινά μικρότερες, θα παραμείνουν χρονομεταβλητές, άγνωστες και αβέβαιες. Οι τρέχουσες προσεγγίσεις στη βιβλιογραφία μελετούν αυτό το ζήτημα προς αυτήν την κατεύθυνση. Στην παρούσα εργασία, κινούμαστε προς την αντίθετη κατεύθυνση των τυπικών τεχνολογικών τάσεων, χρησιμοποιώντας μεγαλύτερες αλλά σταθερές καθυστερήσεις. Αυτή η διατριβή απαντά σε δύο βασικά ερωτήματα: Ένας ελεγκτής πολλαπλών καθυστερήσεων, σχεδιασμένος χρησιμοποιώντας τις γραμμικές προσεγγίσεις της αρχικού συστήματος, θα αποδώσει ικανοποιητικά σε ένα μη γραμμικό σύστημα με μεγάλες αλλά σταθερές και γνωστές καθυστερήσεις; Υπάρχουν σημαντικές εφαρμογές που να δικαιολογούν την προτεινόμενη προσέγγιση «αντίθετης κατεύθυνσης»; Οι απαιτήσεις σχεδιασμού της αποσύνδεσης εισόδων / εξόδων και της ελαχιστοποίησης των διαταραχών εφαρμόζονται επιτυχώς μέσω ασύρματου δικτύου σε μερικές από τις πιο αντιπροσωπευτικές εφαρμογές σε ασύρματα δικτυωμένα συστήματα ελέγχου όπως α) ηλεκτρικοί κινητήρες, β) γερανοί, γ) ρομποτικοί βραχίονες και δ) μη επανδρωμένα αεροσκάφη. Η σημασία αυτής της μελέτης είναι ότι οι παραπάνω απαιτήσεις σχεδιασμού για δικτυωμένα συστήματα ελέγχου ικανοποιούνται επιτυχώς για πρώτη φορά.