Los sistemas empotrados tienen un amplio rango de aplicabilidad en muchos sectores y su importancia crece continuamente. Uno de los campos de aplicación incluye la realización de tareas de control. La heterogeneidad de los sistemas actuales, formados por múltiples componentes de diferentes características conectados en red, sugiere el desarrollo de sistemas de control distribuido en los que las distintas funciones del control se implementen a diferentes niveles. La consideración de sistemas distribuidos con presencia de redes de comunicación, unido a potencia de cálculo limitada, implica la necesidad de considerar la realización del control en condiciones no convencionales, tales como un control local que garantice la seguridad, controles alternativos en función de la disponibilidad de recursos, activación de distintos modos de funcionamiento que garanticen una degradación admisible de prestaciones ante la presencia de retardos, pérdidas de medidas o tiempo excesivo de cálculo. El núcleo de control, asimilable al núcleo de un sistema operativo, se define como el código mínimo que debe ejecutarse en una aplicación de control para que el funcionamiento sea seguro, aunque pueda presentar una fuerte degradación de prestaciones o incluso evolucionar hacia un estado seguro de desconexión. El núcleo de control permite la modularidad y adaptación del sistema, así como la capacidad de desarrollo rápido de aplicaciones de control mediante servicios de soporte (middleware), necesarios para ofrecer a los algoritmos de control soporte para sistemas distribuidos, computación ubicua, movilidad de código y restricciones de tiempo real. El objetivo de la tesis es la creación de una estrategia de control distribuida, con elementos empotrados, utilizando el núcleo de control, en el que se utilicen controladores digitales de altas prestaciones en sistemas con capacidad de cómputo limitada. Además, el sistema de control debe hacer frente a los problemas mencionados anteriormente de pér / Simarro Fernández, R. (2011). Núcleo de control y diseño de controladores modulares en entornos distribuidos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11405

La naturaleza y complejidad de las nuevas aplicaciones de monitorización y control, junto con los nuevos avances en miniaturización, la comunicación ubicua y la convergencia digital, han impulsado el desarrollo de las redes inalámbricas de sensores y actuadores, lo que ha permitido concebir nuevas aplicaciones que anteriormente eran poco viables debido a limitantes tecnológicos. Los nodos de la red se distribuyen sobre el área de cobertura de la aplicación y cooperan para la solución de problemas específicos. Estas arquitecturas de sistemas aumentan la flexibilidad de los mismos, contribuyen a disminuir el impacto producido por los fallos en un componente y los costes de implementación, facilitan las actividades de diagnóstico, mantenimiento y trazabilidad en los procesos, y propician nuevos niveles de seguridad, confort y productividad en todas las áreas, cubriendo desde los entornos industriales hasta los individuos, como por ejemplo aplicaciones de domótica y del cuidado de la salud. En general, estas aplicaciones demandan un elevado nivel de garantía de buen funcionamiento y seguridad, y su naturaleza concurrente y no determinista hace que su análisis y diseño sean complejos. Esto ha generado que en algunos casos no se obtenga una buena correspondencia entre los resultados experimentales y los objetivos de funcionamiento propuestos, lo cual es consecuencia del uso de modelos imprecisos para analizar y diseñar estos sistemas, métodos de validación poco elaborados y plataformas que no soportan los modelos empleados. Por lo que es deseable que el proceso de construcción de estos sistemas sea claro y comprenda los elementos necesarios para su realización. Esta nueva área integra disciplinas que han tenido desarrollos aislados, tales como instrumentación, redes de comunicaciones, teoría de control, procesamiento de señales, computación e informática. / Martínez Castro, D. (2011). Metodología de diseño para minimizar el consumo de potencia y los retrasos en redes inalámbricas de sensores y actuadores con retrasos acotados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11552

Una de las mayores dificultades en el diseño de un sistema de control es sin duda la presencia de retardos, máxime si el sistema que se pretende controlar es inestable en bucle abierto y/o de fase no mínima. Los retardos temporales pueden ser intrínsecos a los procesos a controlar, véase por ejemplo los procesos químicos, biológicos, columnas de destilación, procesos con intercambios térmicos, etc, o bien introducirse en el sistema de control por el propio diseño del mismo (tiempo de cómputo del algoritmo de control, sistemas distribuidos, control remoto, redes de comunicaciones, retardos introducidos por los sensores y/o actuadores, etc.). El Predictor de Smith, así como sus múltiples extensiones, y la técnica de Asignación Finita del Espectro, pueden considerarse como las estrategias de control más extendidas para el control de sistemas lineales sometidos a retardos de actuación y/o medida. Tanto el Predictor de Smith, como la técnica de Asignación Finita del Espectro, tienen en común que realizan una compensación del retardo en base a una predicción de la salida, o del estado, a partir de un modelo del sistema considerado. Si el proceso a controlar es inestable, los esquemas de control resultantes no cumplen la condición de estabilidad interna y por tanto serán inestables. Con objeto de poder aplicar estas técnicas al control de sistemas inestables con retardos temporales, se han propuesto diferentes modificaciones del esquema original del Predictor de Smith, denominadas genéricamente Compensadores de Tiempo Muerto (DTC), así como diferentes intentos de buscar una implementación numéricamente estable de la técnica de Asignación Finita del Espectro. Destacar sin embargo, que todas estas modificaciones han consistido en soluciones parciales del problema planteado, tanto en lo concerniente a la utilización de DTC para el control de sistemas inestables de fase mínima o no mínima, como en lo concerniente a la implementación numéricamente estable de la integral d / García Gil, PJ. (2007). Sistemas dinámicos con retardos temporales: contribución al desarrollo de predictores robustos para el control de sistemas inestables [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/79431

En la presente tesis se propone una metodología de desarrollo de estrategias híbridas para la mitigación de fallos inducidos por radiación en los sistemas empotrados modernos. La propuesta se basa en los principios del co-diseño de sistemas y consiste en la combinación selectiva, incremental y flexible de enfoques de tolerancia a fallos basados en hardware y software. Es decir, la exploración del espacio de soluciones se fundamenta en una estrategia híbrida de grano fino. El flujo de diseño está guiado por los requisitos de la aplicación. Esta metodología se ha denominado: co-endurecimiento. De esta forma, es posible diseñar sistemas embebidos confiables a bajo coste, donde no sólo se satisfagan los requisitos de confiabilidad y las restricciones de diseño, sino que también se evite el uso excesivo de costosos mecanismos de protección (hardware y software).

La inyección de fallos es una técnica utilizada para la validación experimental de Sistemas Tolerantes a Fallos. Se distinguen tres grandes categorías: inyección de fallos física (denominada también physical fault injection o hardware implemented fault injection), inyección de fallos implementada por software (en inglés software implemented fault injection) e inyección de fallos basada en simulación. Una de las que más auge está teniendo últimamente es la inyección de fallos basada en simulación, y en particular la inyección de fallos basada en VHDL. Las razones del uso de este lenguaje se pueden resumir en: " Es un lenguaje estándar ampliamente utilizado en el diseño digital actual. " Permite describir el sistema en distintos niveles de abstracción. " Algunos elementos de su semántica pueden ser utilizados en la inyección de fallos. Para realizar la inyección de fallos basada en VHDL, diferentes autores han propuesto tres tipos de técnicas. La primera está basada en la utilización de los comandos del simulador para modificar los valores de las señales y variables del modelo. La segunda se basa en la modificación del código, insertando perturbadores en el modelo o creando mutantes de componentes ya existentes. La tercera técnica se basa en la ampliación de los tipos del lenguaje y en la modificación de las funciones del simulador VHDL. Actualmente, ha surgido otra tendencia de la inyección de fallos basada en VHDL, denominada genéricamente emulación de fallos. La emulación añade ciertos componentes al modelo (inyectores, que suelen ser perturbadores o mutantes, disparadores de la inyección, recolectores de datos, etc.). El modelo junto con los nuevos componentes son sintetizados en una FPGA, que es donde se realiza la inyección. Con la introducción cada vez mayor de sistemas tolerantes a fallos en aplicaciones críticas, su validación se está convirtiendo en uno de los puntos clave para su uso. / Gracia Morán, J. (2004). Validación por inyección de fallos en VHDL de la arquitectura TTA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7526