IMPLEMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE VIA REDES BASEADOS NO PROTOCOLO CAN CONTROLLER AREA NETWORK

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1 IMPLEMENTAÇÃO E AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE CONTROLE VIA REDES BASEADOS NO PROTOCOLO CAN CONTROLLER AREA NETWORK Euaro Paciência Gooy, Bruno N Bragato, Luciano C Lulio, Arthur Jose Vieira Porto, Ricaro Y Inamasu 2 Departamento e Engenharia Mecânica, Escola e Engenharia e São Carlos - USP, São Carlos, Brasil epgooy@yahoocombr, bragatobruno@hotmailcom, lclulio@scuspbr, ajvporto@scuspbr 2 Embrapa Instrumentação Agropecuária, São Carlos, Brasil, ricaro@cnpiaembrapabr Resumo: Sistemas e controle via rees (NCS Networke Control Systems) representam uma inovaora aboragem para aplicação e sistemas e controle que utilizam rees inustriais Este trabalho investiga o esenvolvimento e NCS via ree CAN (Controller Area Networ iscutino implementações e harware e software e apresentano os principais conceitos essa tecnologia Resultaos obtios a partir e ois NCS implementaos permitem avaliar o esempenho esses sistemas sob iferentes configurações e comprovar a importância o períoo e amostragem em seu esempenho Palavras chave: sistemas e controle via rees (NCS), controlaor PID iscreto, máquina e estao INTRODUÇÃO As arquiteturas traicionais e comunicação e controle ponto-a-ponto, implementaas nos sistemas inustriais nos últimos tempos, são compostas por cabeamento conectano o computaor ou ispositivo central e controle a caa sensor e atuaor o sistema Este tipo e controle traicional e centralizao, no entanto não atene os novos requisitos e esenvolvimento e sistemas e controle como moulariae, controle escentralizao, faciliae e iagnóstico e baixo custo [] Nos sistemas inustriais atuais, a introução e arquiteturas e rees e controle baseaas em barra-mento ou fielbus poem melhorar a eficiência, a flexibiliae, e a confiabiliae o sistema como um too, reuzino o tempo e os custos e instalação e manutenção [2] Essa tecnologia e rees e controle fielbus, com suas vantagens, foi rapiamente absorvia para satisfazer as necessiaes e comunicação entre sistemas e equipamentos aplicaos em automação e controle Desenvolvimentos recentes e sistemas e controle istribuío, one sensores, atuaores e controlaores são conectaos por uma ree e comunicação, emonstram o surgimento e uma nova aboragem para a utilização e rees inustriais Nessa aboragem, o controlaor e a planta ficam fisicamente alocaos em locais separaos e são conectaos por uma ree e comunicação formano uma malha e controle remota O sinal e controle é enviao para o atuaor através e uma mensagem encaminhaa via ree, enquanto o sensor amostra a saía a planta, e retorna a informação para o controlaor, também transmitino a informação através a ree Este tipo e implementação em sistemas inustriais, one as malhas e controle são fechaas sob uma ree e comunicação, como mostrao na Figura, tem sio enominaa e Sistema e Controle via Rees (NCS - Networke Control System) [] Atuaores msg Processo Controlaor Sensores Atuaores n Ree e Controle Processo n msg msg msg Controlaor n Sensores n Figura Estrutura e um sistema e controle via rees (NCS) Aina que os NCS apresentem iversas vantagens sobre as arquiteturas traicionais e controle, a inclusão a ree e comunicação no controle em malha fechaa torna o projeto e o esenvolvimento este tipo e sistema aina mais complicao [3] Referência [4] afirma que os atrasos e comunicação encontraos em NCS epenem o protocolo e comunicação escolhio e e parâmetros e configuração a ree e comunicação Entre esses parâmetros poem ser citaos a velociae e transmissão (largura e bana), o tamanho as mensagens e aos, os períoos e amostragem os ispositivos e a porcentagem e mensagens perias Referência [5] afirma que a arquitetura o NCS e o sistema operacional utilizao também são afetam a composição os atrasos e comunicação Outro critério muito importante em relação NCS iz respeito ao cumprimento o requisito temporal e caa mensagem (ealine), ou seja, as mensagens têm que ser transmitias corretamente em um tempo limitao e menor que seu períoo e amostragem Caso as mensagens não sejam transmitias ou o sistema apresente um alto valor para seu tempo e transmissão, sobreposição e peras e mensagens poem ocorrer eteriorano o esempenho o NCS [6] Esses fatores acabam por efinir as características esses atrasos como seno constantes ou variantes no tempo O NCS necessita amostrar e transmitir as informações através e mensagens na ree, e acoro com um períoo e amostragem apropriao para alcançar o esempenho requerio No entanto, se esse períoo e amostragem é Serra Negra, SP - ISSN

2 Implementação e Avaliação e Sistemas e Controle via Rees Baseaas no Protocolo CAN Controller Area Network Euaro P Gooy, Bruno N Bragato, Luciano C Lulio, Arthur J V Porto, Ricaro Y Inamasu maior (ou mais rápio) o que a largura e bana isponível na ree e comunicação, a ree se torna sobrecarregaa, originao atrasos e comunicação aicionais e causano erros na transmissão as mensagens [6] Referência [7] apresenta uma revisão sobre as principais contribuições e tenências no esenvolvimento a área e NCS As pesquisas atuais em NCS têm focao principalmente uas linhas e trabalho Uma na parte relacionaa com a análise a influência e fatores inerentes a NCS (atrasos e comunicação, etc) no esempenho e estabiliae o sistema [8], bem como o esenvolvimento e ferramentas para simulação esses sistemas [9] E outra no esenvolvimento e metoologias e projeto e controle e NCS, para compensar os efeitos os atrasos e comunicação melhorano o esempenho e garantino a estabiliae o sistema [0], [] Nesse trabalho é investigao o esenvolvimento e NCS com rees CAN, apresentano os principais conceitos essa tecnologia e iscutino sobre as implementações e harware e software efinias e realizaas Os resultaos esse trabalho permitem avaliar o esempenho e NCS sistemas sob iferentes configurações e comprovar a importância o períoo e amostragem em seu esempenho 2 SISTEMAS DE CONTROLE VIA REDES (NCS) 2 Protocolo CAN Controller Area Network O CAN é um os protocolos e comunicação mais aplicaos em sistemas e controle istribuío, seno utilizao em iversas áreas como robótica, automação a manufatura, controle e processos e eletrônica embarcaa e através e variaos parões como DeviceNet, CANOpen, J939 e SDS Entre os fatores que justificam essa grane utilização o CAN estão seu baixo custo e esenvolvimento, vasta isponibiliae e ispositivos (microcontrolaores, DSPs) com controlaores CAN embarcaos e características interessantes como acesso priorizao à ree e comunicação, robusto métoo e controle e erros e arbitragem não estrutiva que eterminam sua grane aceitação no meio inustrial e acaêmico De acoro com [2], CAN é um protocolo e comunicação igital serial, one a comunicação e aos é baseaa em mensagens formaas por quaros e bits com eterminaa função Entre esses quaros e bits, existe o campo ientificaor (ientifier) que caracteriza e efine a prioriae e caa mensagem O valor o ientificaor e uma mensagem CAN é exclusivo e quanto mais baixo seu valor, maior a prioriae a mensagem Os sinais elétricos igitais o CAN são representaos pelo nível recessivo (nível lógico ) e nível ominante (nível lógico 0), seno eles sinais iferenciais entre os ois fios o barramento O mecanismo e acesso ao meio é funamentao no conceito CSMA/CD com NBDA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Non-Destructive Bitwise Arbitration), o que significa que as ECUs (electronic control units) CAN possuem acesso ao barramento com prioriaes eterminaas Ao verificar o status o barramento, as ECUs iniciam a transmissão e suas mensagens De acoro com o valor o ientificaor, a ECU com a mensagem e prioriae menor cessa sua transmissão e a ECU com a mensagem e maior prioriae continua enviano sua mensagem este ponto, sem ter que reiniciá-la Isto é realizao pelo processo e arbitragem bit a bit não estrutivo, ou lógica "E" por fios, quano uas ou mais ECUs iniciam a transmissão simultaneamente Caa bit transmitio é comparao, seno que o ominante sobrepõe o recessivo Dentre as especificações o protocolo CAN em relação à camaa e enlace e aos, estão os formatos existentes o quaro e aos São efinios ois formatos e mensagem, one a única iferença está no tamanho o ientificaor, seno CAN 20 A Stanar (ID bits) e CAN 20 B Extene (ID 29 bits) especificaos seguno a Figura 2 Bus Ile Bits Arbitration Fiel S S I R A E Extene O Ientifier R D T r r0 DLC Data Fiel Ientifier CRC C O F R E R K F Ientifier - bits CAN 20A or Ientifier - 29 bits CAN 20B Control Fiel Data Fiel Bit Stuffing CRC Fiel ACK Fiel Delimiters CRC, ACK Figura 2 Formatos o Quaro e Daos e Mensagem CAN Inter- Mission 2 Implementação os NCS via Rees CAN Para a realização os experimentos realizaos neste trabalho, foram implementaos ois NCS seno um para controle e velociae e motores DC e outro e controle e nível e um reservatório O esquemático e montagem utilizao nos experimentos é mostrao na Figura 3 Caa NCS é composto pelo controlaor, implementao no esktop e pelo conjunto sensor, planta e atuaor, implementaos em um móulo e controle construío Figura 3 Esquemático e Montagem o Experimento com NCS com Ree CAN O móulo e controle e nível e reservatório, mostrao na Figura 4, é constituío por ois tanques, seno o primeiro grauao (cm), mais alto e com uma torneira para alteração a vazão e saía e água para o seguno tanque Uma eletrobomba e água para enchimento o reservatório opera como atuaor, um sensor e pressão a Freescale Moelo MPX500 é utilizao para meição o nível e água no reservatório e o acionamento a eletrobomba é feito a partir e um rive PWM O objetivo este NCS é a realização e experimentos e controle o nível e água o reservatório superior numa localização (referência em cm) efinia pelo usuário e sob iferentes vazões e saía e saía e água o mesmo 3 2 Serra Negra, SP - 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3 Figura 5 Móulo e Controle e Velociae e Motor para Utilização com NCS via Ree CAN Figura 4 Móulo e Controle e Velociae e Motor para Utilização com NCS via Ree CAN Os sinais e entraa (sinal e controle PWM para acionamento a eletrobomba) e saía (meição e nível o reservatório o sensor e pressão) o sistema são transmitios através a ree CAN, seno que a integração o móulo e controle à ree CAN é realizaa por uma interface CAN (ECU) O móulo e controle e velociae, mostrao na Figura 5, é constituío por um motor DC Motron Moelo M90 e 24V e 43W, um encoer incremental Hohner e 600 pulsos por revolução para meição a posição, um rive e acionamento PWM, um circuito eletrônico e leitura o encoer, um isplay igital com 4 ígitos para apresentação a velociae o motor em RPM e um isco inercial para aplicação e cargas ao eixo o motor O objetivo este NCS é a realização e experimentos e controle e velociae o motor numa referência (em RPM) efinia pelo usuário e sob iferentes cargas aplicaas ao sistema Os sinais e entraa (sinal e controle PWM para acionamento o motor DC) e saía (meição a velociae e rotação o motor através o encoer ou retransmissão analógica 0-5V e velociae) o sistema são transmitios através a ree CAN, seno que a integração o móulo e controle à ree CAN é realizaa por uma interface CAN (ECU) 23 Desenvolvimento e Harware o NCS Pesquisas recentes sobre moelagem e NCS têm sio realizaas utilizano e moelos baseaos em tempo contínuo e tempo iscreto No entanto, é necessária e mais realista, a utilização o ponto e vista e moelagem iscreta a partir o momento que na operação e um NCS, os sinais ou informações (o sensor, controlaor) são amostraos e então transmitios numa ree e comunicação [3] Para moelos conteno estruturas no tempo iscreto, muitos pesquisaores assumem que a ree e comunicação possui sincronismo e que os sensores, controlaores e atuaores possuem o mesmo períoo e amostragem Neste trabalho, caa NCS implementao apresenta a estrutura mostraa na Figura 6 Uma uniae e controle ou ECU [4] baseaa em um microcontrolaor PIC8F258 é responsável pela aquisição e aos (sensor), atuação na planta (atuaor) e pela comunicação com a ree CAN Assim, o sensor e o atuaor estão alocaos fisicamente em conjunto com a planta O controlaor o NCS se encontra fisicamente separao a planta e é implementao utilizano e computaores esktop Esse controlaor utiliza uma placa com interface PCI para comunicação com a ree CAN 3 Serra Negra, SP - ISSN

4 Implementação e Avaliação e Sistemas e Controle via Rees Baseaas no Protocolo CAN Controller Area Network Euaro P Gooy, Bruno N Bragato, Luciano C Lulio, Arthur J V Porto, Ricaro Y Inamasu msg Planta Tempo Contínuo u y Atuaor - ZOH Sensor Períoo e (T POST ) Amostragem (h) (T PRE ) (T BUS ) Alocaos fisicamente em conjunto - ECU Controlaor em Desktop Ree Inustrial - CAN (T PRE ) (T WAIT ) (T WAIT ) msg (T POST ) Controlaor Tempo Discreto (T BUS ) (Atraso e Comunicação na Ree T elay = T pre +T wait +T bus +T post ) Sinal Contínuo Sinal Digital Figura 6 Estrutura e Implementação e um NCS De acoro com a Figura 6, o processo a ser controlao (ou planta) é amitio ser contínuo no tempo e o atuaor possui um seguraor e orem zero (ZOH zero orer hol) que armazena o último sinal e controle amostrao até a chegaa o próximo valor ou até o próximo períoo e amostragem A ree e comunicação o NCS é então usaa para transmissão e meias e saía a planta para o controlaor, fazeno com que a planta seja meia e acoro com um períoo e amostragem (h) Esta iscretização os sinais acaba motivano o esenvolvimento e a aplicação e controlaores baseaos no tempo iscreto O funcionamento o controlaor o NCS poe ser baseao em tempo (time riven) ou baseao em eventos (event riven) Assim um novo sinal e controle poe ser calculao a caa intervalo e tempo com um períoo e amostragem constante ou um novo sinal e controle é calculao imeiatamente após o recebimento, através e uma mensagem na ree, e uma nova meia a saía a planta pelo sensor A troca e informações através os ispositivos o NCS (sensor, controlaor, atuaor) origina uma transmissão e mensagens (msg) na ree e comunicação A necessiae essa transmissão e mensagens impõe atrasos e comunicação (Telay) aicionais na ree CAN o NCS Esses atrasos e comunicação na ree, escritos em [5], epenem e uma série e fatores relacionaos, por exemplo, ao harware e software os ispositivos e a ree e comunicação utilizaa no NCS e muitas vezes poem ter características variantes no tempo O períoo e amostragem (h) também representa um importante parâmetro no esenvolvimento o NCS De acoro com a teoria e controle igital, um períoo e amostragem eve ser efinio o mais rápio (ou e valor pequeno) possível para obter um esempenho e controle melhor e uma inâmica o sistema mais próxima a e um sistema contínuo no tempo No entanto, em NCS um períoo e amostragem muito rápio poe acarretar alta carga e tráfego e mensagens na ree, aumentano o risco e congestionamento e mensagens e originao atrasos e comunicação maiores e consequentemente uma egraação o esempenho o NCS Portanto o atraso e comunicação e o períoo e amostragem em NCS são parâmetros e configuração inter-relacionaos e que necessitam ser balanceaos para atingir a estabiliae e esempenho requerios pelo NCS [6] 24 Desenvolvimento e Software o NCS Em caa um os NCS implementaos, o sensor perioicamente realiza a meição a planta (períoo e amostragem h) e envia a informação através e mensagens na ree CAN para o controlaor Após o recebimento a mensagem, o controlaor calcula o sinal e controle através o algoritmo e controle configurao e envia a informação pela ree CAN para o atuaor O atuaor então recebe a mensagem e atua na planta o sistema Tanto o controlaor como o atuaor acabam funcionano baseao em evento Toos os sistemas e controle em malha fechaa os NCS estão compartilhano recursos e bana a ree CAN e também recursos e processamento (CPU) os esktops O esenvolvimento o software embarcao nos microcontrolaores as ECUs os NCS foram esenvolvios em linguagem C através o ambiente e esenvolvimento Mplab com Compilaor C8 a Microchip O software os controlaores, implementaos nos computaores através o ambiente e esenvolvimento LabVIEW a National Instruments, utilizam um parão e projeto baseao em máquinas e estao Essa técnica facilita o esenvolvimento e cóigo e fornece uma arquitetura e esenvolvimento para o controlaor o NCS que poe ser facilmente expania [6] A máquina e estaos implementaa possui 8 estaos (Inicialização, SeleçãoNCS, Monitoramento, RecebimentoMSG, DeterminaçãoNCS, Controle, EnvioMSG e Paraa) mostraos na Figura 7, caa um com uma finaliae especifica para o funcionamento o controlaor Figura 7 Fluxograma e Operação a Máquina e Estao o Controlaor o NCS via Ree CAN Inicialização: estao responsável pela configuração e inicialização a ree CAN e os ispositivos conectaos; 2 SeleçãoNCS: estao responsável pela seleção e qual (is) NCS será controlao por aquele controlaor; 3 Monitoramento: estao responsável por monitorar a interface e usuário e a ree CAN, inicano a alteração e parâmetros e a presença e mensagens CAN isponíveis na fila e recebimento; 4 RecebimentoMSG: estao responsável pelo recebimento e ecoificação a mensagem CAN nos campos e informações requerios (ientificaor e aos); 5 DeterminaçãoNCS: estao responsável por ientificar as mensagens CAN recebias, verificano se elas serão usaas no controle e algum os NCS selecionaos previamente (estao 2) para o controlaor; 6 Controle: estao responsável por utilizar a informação recebia o sensor e calcular o novo valor para o sinal e controle, respectivamente para toos os NCS selecionaos previamente para o controlaor O cálculo o sinal e controle é realizao a partir e algoritmos e controle que poem ser carregaos ou esenvolvios pelo usuário; 7 EnvioMSG: estao responsável pela transmissão as mensagens CAN, conteno as informações o sinal e 8 4 Serra Negra, SP - ISSN

5 controle a ser implementao pelos atuaores, respectivamente para toos os NCS selecionaos para o controlaor; 8 Paraa: estao responsável por finalizar a operação o controlaor e enviar mensagens CAN e paraa e execução para toos os NCS em operação O software baseao em máquina e estaos esenvolvio para o controlaor o NCS fornece uma configuração bastante flexível, pois poe ser utilizao (ou replicao) em outros controlaores para NCS com pequenas alterações Além isso, essa configuração e software fornece também faciliae para inserção e novos NCS que serão esenvolvios (através a configuração os estaos e 4 a 7 para liar com o novo NCS) e para testar iferentes algoritmos e controle esenvolvios especificamente para NCS (através a inclusão os algoritmos e controle esenvolvios na lista e opções utilizaa no estao Controle) 3 EXPERIMENTOS REALIZADOS 3 Projeto o Controlaor PID Discreto A literatura sobre projeto e controlaores para NCS geralmente tem focao nos atrasos e comunicação a ree e em metoologias para liar com esses atrasos e forma a garantir a estabiliae e o esempenho o NCS Os controlaores propostos nesta área iferem em iversos aspectos e aina não existe uma solução parão que possa ser utilizaa [3] Uma questão bastante estuaa ultimamente é a arquitetura o controlaor escolhio Uma revisão e algumas metoologias e controle é apresentaa em [0] A maioria as aboragens escritas nesses trabalhos apresenta soluções complexas, com algoritmos que necessitam e grane capaciae e processamento e muitas vezes utilizam informações sobre a ree e comunicação e seus atrasos e comunicação, que são ifíceis e serem obtios Estes fatores acabam por tornar a aplicabiliae essas metoologias e controle na inústria tanto quanto questionável [3] Este fato tem norteao o esenvolvimento e controlaores para NCS com estruturas e algoritmos simples e e fácil implementação Depeneno a planta a ser controlaa e os requisitos e controle a serem alcançaos, muitas vezes controlaores bastante conhecios como PID poem compensar os efeitos egenerativos a ree e os atrasos e comunicação [7] Neste trabalho é proposto o esenvolvimento e testes e um controlaor PID para NCS com rees CAN Esse controlaor eve consierar toas as particulariaes presentes no NCS como saturação e atuaores e períoos e amostragem compatíveis com o harware utilizao Assim, foram projetaos controlaores PID iscreto com aproximação erivativa (backwar iference), poneração e referência (setpoint weighting e reference off), filtragem a ação erivativa e anti-winup (back-calculation) a ação integral A Figura 8 apresenta um esquemático o controlaor PID efinio r y B - C e p e K p /T i /s e = r -y K p s K p T s T N /T t u p u u i v atuaor - + Figura 8 Estrutura o Controlaor PID Discreto para as Malhas e Controle a Plataforma A equação apresenta o algoritmo e implementação o controlaor PID iscreto projetao e( r( y( e p ( B r( y( e ( C r( y( u p ( K p e( K p h K p h ui ( ui ( k ) e( es ( k ) Ti Tt T K T N p u ( u ( k ) e ( e T Nh T Nh u ( u ( u ( u ( PID p i e s ( k ) Neste trabalho, o controlaor PID iscreto efinio utiliza um tempo e amostragem (h), um valor e N=0 para a constante e filtragem a ação erivativa, B = e C = 0 para as constantes e poneração e referência e o parâmetro Tt igual a T t Ti T para controlaores PID e igual a Ti para controlaores PI 32 Avaliação o Desempenho os NCS Implementaos Nos experimentos realizaos com os ois NCS implementaos, foram utilizaos os seguintes parâmetros e configuração: velociae e transmissão e aos na ree CAN e 250kbits/s, tamanho e mensagens e aos e até 4 bytes, períoo e amostragem as mensagens e 00ms (0,s) Para utilização o controlaor PID iscreto projetao para utilização nos NCS implementaos, é necessário efinir os ganhos o controlaor necessários para atingir os requisitos e operação esejaos Para auxiliar nesta tarefa, foi utilizao o métoo e sintonia e controlaores baseao na curva e resposta o sistema efinio por Ziegler- u () 5 Serra Negra, SP - ISSN

6 Implementação e Avaliação e Sistemas e Controle via Rees Baseaas no Protocolo CAN Controller Area Network Euaro P Gooy, Bruno N Bragato, Luciano C Lulio, Arthur J V Porto, Ricaro Y Inamasu Nichols (ZN) E após uma parametrização inicial, os valores os ganhos foram manualmente efinios até a obtenção os resultaos requerios Os ganhos eterminaos para o controlaor PI utilizao no NCS e controle e velociae foram Kp=0,36 e Ti=,33 com o métoo e ZN e Kp=0,06 e Ti=0,65 após refinamento manual A Figura 9 apresenta a comparação os resultaos entre as respostas o NCS para os métoos e sintonia utilizaos A partir a análise o gráfico percebe-se que o métoo e sintonia ZN poe ser utilizao para projeto e efinição e controlaores PID para aplicação em NCS ou como base inicial para posterior refinamento manual, conforme realizao neste trabalho Velociae o Motor DC - w (ra/s) Resposta ao Degrau - NCS Controle e Velociae Setpoint PID Sintonia Manual PID Sintonia Ziegler-Nichols rápia e o NCS e controle e nível um sistema com inâmica lenta Os gráficos as Figuras 0 a 2 apresentam os resultaos para os experimentos realizaos com os ois NCS implementaos, no qual foi alterao o valor e períoo e amostragem (h) e também o valor o atraso e comunicação (), avaliano a influência essas alteração no esempenho o NCS velociae o Motor DC - w (ra/s) Resposta ao Degrau - NCS Controle e Velociae Setpoint h=0ms h=50ms h=00ms h=200ms h=500ms Tempo (s) Figura 0 Desempenho o NCS e Controle e Velociae para Diferentes Períoos e Amostragem e Mensagens Time (s) Figura 9 Comparação o Desempenho o NCS e Controle e Velociae para Métoos e Sintonia o PID Resposta ao Degrau - NCS Controle e Velociae Para o NCS e controle e nível foi efinio após aprimoramento com sintonia manual, um controlaor PI com ganhos Kp=0 e Ti=0,55 Um os maiores esafios no esenvolvimento e NCS com ree CAN se encontra no fato e que iversos parâmetros e configuração poem influenciar no esempenho e na estabiliae o NCS Entre esses parâmetros poem ser citaos a velociae e transmissão e aos na ree CAN, a taxa e utilização a ree CAN, o esquema e prioriaes efinios para as mensagens, os atrasos e comunicação, taxa e utilização o processaor, o períoo e amostragem as mensagens na ree e a pera ou erro na transmissão e mensagens na ree [4] De acoro com os resultaos, obtios através e simulações, apresentaos num trabalho anterior os autores [8], foi constatao que o períoo e amostragem as mensagens representa o parâmetro mais significativo que poe afetar o esempenho e um NCS via ree CAN Neste trabalho [8], os autores afirmam também que a influência este parâmetro e os atrasos e comunicação está atrelaa ao tipo e inâmica (rápia ou lenta) o sistema, seno os NCS com inâmica rápia, fortemente afetao por esses parâmetros e os NCS com inâmica lenta menos sensíveis a variação esses parâmetros De forma a verificar essas constatações obtias, foram realizaas neste trabalho iversos experimentos com os ois NCS implementaos É importante citar que o NCS e controle e velociae representa um sistema com inâmica Veleciae o Motor DC - w (ra/s) Setpoint h=00ms e =0ms h=00ms e =00ms h=250ms e =250ms h=500ms e =250ms h=500ms e =500ms Tempo (s) Figura Desempenho o NCS e Controle e Velociae para Diferentes Períoos e Amostragem e Mensagens e Atrasos e Comunicação A partir os resultaos as Figuras 0 e poe-se confirmar a veraciae as constatações citaas Na Figura 0, que apresenta o resultao o NCS e controle e velociae (que representa um NCS e inâmica rápia), a influência o períoo e amostragem no esempenho o NCS é grane Observano o gráfico, pequenas variações no períoo e amostragem (relativamente ao valor inicial h=00ms) afetam fortemente o esempenho esse NCS, teneno a torná-lo mais oscilatório Juntamente com o períoo e amostragem, o aumento os atrasos e comunicação, mostrao na Figura, tene a eteriorar o esempenho esse NCS, poeno levá-lo a instabiliae O 6 Serra Negra, SP - ISSN

7 NCS e controle e velociae foi simulao para valores e períoo e amostragem (h) e até 500ms Nivel o Tanque - h (cm) Resposta ao Degrau - NCS Controle e Nível Setpoint h=00ms h=200ms h=500ms h=000ms h=2000ms Tempo (s) Figura 2 Desempenho o NCS e Controle e Nível para Diferentes Períoos e Amostragem e Mensagens Por outro lao, a influência o períoo e amostragem em NCS com inâmica lenta é menor Isso poe ser verificao a partir o gráfico a Figura 2 que apresenta os resultaos para o NCS e controle e nível O efeito no esempenho o NCS é menor para granes variações no períoo e amostragem Atente para o fato e que o NCS e controle e nível foi simulao para valores e períoo e amostragem e até 2s (relativamente ao valor inicial h=00ms) Verificou-se também que o NCS com inâmica lenta é menos sensível aos atrasos e comunicação na ree Portanto, para NCS com inâmica lenta, granes variações no períoo e amostragem e nos atrasos e comunicação são necessárias para eteriorar o esempenho o NCS e torná-lo instável 4 CONCLUSÃO Este trabalho apresentou a implementação e avaliação o esempenho e NCS baseaos em rees CAN De acoro com a implementação e harware efinia, o esenvolvimento e novos NCS se torna mais simples, fácil e e baixo custo A utilização a teoria e máquinas e estao na implementação e software facilitou o esenvolvimento e cóigo e forneceu uma configuração bastante flexível para os NCS implementaos, possibilitano a expansão o controlaor (aição e mais NCS) e a inserção e novos algoritmos e controle para serem testaos em NCS Controlaores PID foram projetaos para os NCS, e acoro com os requisitos reais e implementação os NCS construíos como saturação e atuaores, velociae a ree CAN e períoo e amostragem os harwares utilizaos nas ECUs as malhas e controle A análise os resultaos permitiu evienciar que o períoo e amostragem as mensagens é um os principais parâmetros que afetam o esempenho e NCS com rees CAN Permitiu também avaliar a resposta os NCS e acoro com a operação sob iferentes períoos e amostragem e atrasos e comunicação, o que acabou comprovano uma constatação anterior os autores e que a influência o períoo e amostragem epene a inâmica o NCS NCS com inâmica mais rápia são mais afetaos por variações no períoo e amostragem e atrasos e comunicação enquanto NCS com inâmica lenta são menos afetaos Aicionalmente os resultaos obtios permitem valiar a implementação os móulos e os NCS propostos e afirmar que a aplicação e NCS com rees CAN é viável AGRADECIMENTOS A FAPESP (Funação e Amparo a Pesquisa o Estao e São Paulo) pelo apoio a este trabalho REFERÊNCIAS [] T C Yang, Networke control system: a brief survey, IEEE Proceeings of Control Theory an Applications, Vol 53, No 4, pp , July 2006 [2] JR Moyne, DM Tilbury, The Emergence of Inustrial Control Networks for Manufacturing Control, Diagnostics, an Safety Data IEEE Tech of Networke Control Systems, vol 95, pp 29-47, 2007 [3] J Baillieul, PJ Antsaklis, Control an Communication Challenges in Networke Real Time Systems, IEEE Technology of Networke Control Systems, Vol 95, No, pp 09-28, 2007 [4] F L Lian, J R Moyne, D M Tilbury, Network Design Consieration for Distribute Control Systems, IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol 0(2), pp , March 2002 [5] A Seuret, F Michaut, JP Richar, T Divoux Networke control using GPS synchronization Proceeings of the IEEE American Control Conference, 25, 2006, Minneapolis, Minnesota, USA Proceeings June, 2006 [6] A Al-Hammouri, MS Branicky, V Liberatore, Cosimulation Tools for Networke Control Systems, Springer-Verlag, pp 6-29, Berlin, 2008 [7] S Zampieri Trens in Networke Control Systems Proceeings of the Worl Congress The International Feeration of Automatic Control, 7, 2008, Seoul, Korea Proceeings July 6-, p , 2008 [8] Y Jianyong, Y Shimin, W Haiqing Survey on the performance analysis of networke control systems Proceeings of the IEEE International Conference on Systems, Man an Cybernetics, 2004, Proceeings 0-3 October, v 6, p , 2004 [9] M Torngren, D Henriksson, K E Arzen, A Cervin, Z Hanzalek, Tool supporting the co-esign of control systems an their real-time implementation: current status an future irections, Proceeings of the 2006 IEEE International Symposium on Intelligent Control, pp 73-80, Munich, Germany, 4-6 October Serra Negra, SP - ISSN

8 Implementação e Avaliação e Sistemas e Controle via Rees Baseaas no Protocolo CAN Controller Area Network Euaro P Gooy, Bruno N Bragato, Luciano C Lulio, Arthur J V Porto, Ricaro Y Inamasu [0] Y Tipsuwan, M Y Chow Control Methoologies in Networke Control Systems Control Engineering Practice, v, n 3, p 099-, 2003 [] JP Hespanha, P Naghshtabrizi, Y XU, A Survey of Recent Results in Networke Control Systems, IEEE Technology of Networke Control Systems, vol 95, no, pp 38-62, 2007 [2] KH Johansson, M Torngren, L Nielsen, Vehicle applications of controller area network, Hanbook of Networke an Embee Control Systems, E Birkhäuser, 25p, 2005 [3] L Eriksson, PID Controller Design an Tuning in Networke Control Systems, Doctorate Thesis, Dept of Aut an Systems Tech, Helsinki Univ of Tech, Finlan, 8p, 2008 [4] RV Sousa CAN (Controller Area Networ: uma aboragem para automação e controle na área agrícola Dissertação (Mestrao em Engenharia Mecânica), Escola e Engenharia e São Carlos, Universiae e São Paulo, São Carlos, 2002 [5] EP Gooy, AJV Porto, RY Inamasu Ferramentas e Analise, Simulação e Projeto e Sistemas e Controle via Rees: Uma Revisão, Anais o V Congresso nacional e Engenharia Mecânica CONEN, Bahia, 2008 [6] EW Ensley, EE Almeia, DM Tilbury Moular finite state machines: Development an application to reconfigurable manufacturing cell controller generation Control Engineering Practice, 4, pp27 42, 2006 [7] M Pohjola, PID Controller Design in Networke Control Systems, Master Dissertation, Helsinki Univ of Tech, 9p, 2006 [8] EP Gooy, AJV Porto, RY Inamasu Applie Simulation to Evaluate the Quality of Control of Networke Control Systems Proceeings of the 200 IEEE International Conference on Networking, Sensing, an Control, Chicago, Serra Negra, SP - ISSN