Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-24T05:52:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 257009.pdf: 1184312 bytes, checksum: 2687d72b90c78c1ad6ef9dc6e59f2774 (MD5) / Esta tese apresenta um novo modelo de tarefas para expressar requisitos temporais que não podem ser facilmente representados em termos de deadlines e períodos. Neste modelo, tarefas são divididas em segmentos A, B e C. O segmento A é responsável por realizar algumas computações e após seu término explicitar o intervalo de tempo dentro do qual o segmento B deve executar para cumprir alguns requisitos de aplicação. Finalmente, após a execução de B o segmento C é liberado para executar. A execução do segmento B é válida se realizada dentro daquele intervalo de tempo; caso contrário, sua contribuição pode ser considerada sem valor para sua tarefa. O modelo utiliza funções benefício para indicar quando a ação deve ser executada para obtenção do máximo benefício. Soluções da literatura de tempo real são adaptadas e integradas para produzir uma solução de escalonamento para este problema. Como resultado, foram criadas algumas abordagens (síncronas e assíncronas) desenvolvidas especificamente para o modelo. Testes de escalonabilidade offline foram desenvolvidos para cada abordagem. Estes testes, além de um resposta aceita/rejeita, fornecem um limite inferior e superior para a qualidade que será obtida pelo segmento B em tempo de execução. No decorrer do trabalho, foram realizadas diversas contribuições à área de tempo real, em específico na área de algoritmos de atribuição de prioridades, redução do pessimismo no tempo de resposta de segmentos não preemptivos e na análise de melhor momento de liberação para os segmentos B.

Esta dissertação descreve uma arquitetura de suporte para a criação de sistemas de automação baseados em objetos distribuídos e no barramento CAN. Consiste basicamente da utilização de orientação a objetos para modelagem dos sistemas bem como sua implementação na forma de objetos autônomos. Os objetos são então distribuídos em uma rede de placas microcontroladas, as quais são utilizadas para o controle da planta, e PC's, os quais são utilizados para supervisão e monitoração. O suporte em tempo de execução para os objetos é dado por um sistema operacional que permite a sua implementação na forma de processos concorrentes, o qual, no caso das placas microcontroladas, é um sistema operacional do tipo embarcado. A comunica ção entre os objetos é realizada através de um protocolo publisher/subscriber desenvolvido para o barramento CAN que é suportado por uma biblioteca e elementos de comunicação especí cos. Este trabalho tem como objetivo apresentar alternativas aos sistemas de automação existentes atualmente, os quais baseiamse geralmente em dispositivos mestre/escravo e em comunicações do tipo ponto a ponto. Dessa forma, a arquitetura desenvolvida, apropriada para sistemas embarcados, visa facilitar a criação e dar suporte para sistemas de automação baseados em objetos distribuídos.

A caracterização de desempenho e uma atividade fundamental na area de controle industrial. Por se tratar, na maior parte das vezes, de aplicações de tempo real, a caracterização de desempenho torna-se ainda mais necessária e importante. Entretanto, atualmente não há nenhuma metodologia estabelecida para realizar esta caracterização. Não há nem mesmo um conjunto de parâmetros que devem ser avaliados em um equipamento de controle utilizado em processos industriais. Para tentar suprir esta carência, este trabalho apresenta uma proposta de métricas e workloads para serem utilizados na avaliação de desempenho de sistemas de controle baseados em CLPs e CPUs Industriais. O processo de avaliação de desempenho e discutido em todas as etapas, desde o estudo da aplicação at e a execução dos passos de caracterização de desempenho. Para ilustrar a aplicação das métricas, técnicas e procedimentos propostos, são avaliadas três CPUs Industriais, e os resultados s~ao apresentados ao nal do trabalho. Espera-se assim estar contribuindo para o estabelecimento de uma metodologia padronizada para avaliação de desempenho de equipamentos de controle industrial.

A computação de tempo real é uma das áreas mais desafiadoras e de maior demanda tecnológica da atualidade. Está diretamente ligada a aplicações que envolvem índices críticos de confiabilidade e segurança. Estas características, inerentes a esta área da computação, vêm contribuindo para o aumento da complexidade dos sistemas tempo real e seu conseqüente desenvolvimento. Isto fez com que mecanismos para facilitar especificação, delimitação e solução de problemas passem a ser itens importantes para tais aplicações. Este trabalho propõe mecanismos para atuarem no desenvolvimento de sistemas de tempo real, com o objetivo de serem empregados como ferramenta de apoio no problema da verificação de presença de inconsistências, que podem vir a ocorrer nos vários modelos gerados partir da notação da linguagem de modelagem gráfica para sistemas de tempo real - UML-RT(Unified Modeling Language for Real Time). Estes mecanismos foram projetados através da construção de um metamodelo dos conceitos presentes nos diagramas de classe, de objetos, de seqüência, de colaboração e de estados. Para construir o metamodelo, utiliza-se a notação do diagrama de classes da UML (Unified Modeling Language). Contudo, por intermédio das representações gráficas do diagrama de classes não é possível descrever toda a semântica presente em tais diagramas. Assim, regras descritas em linguagem de modelagem OCL (Object Constraint Language) são utilizadas como um formalismo adicional ao metamodelo. Com estas descrições em OCL será possível a diminuição das possíveis ambigüidades e inconsistências, além de complementar as limitações impostas pelo caráter gráfico da UML. O metamodelo projetado é mapeado para um modelo Entidade&Relacionamento. A partir deste modelo, são gerados os scripts DDL (Data Definition Language) que serão usados na criação do dicionário de dados, no banco de dados Oracle. As descrições semânticas escritas através de regras em OCL são mapeadas para triggers, que disparam no momento em que o dicionário de dados é manipulado. O MET Editor do SiMOO-RT é a ferramenta diagramática que faz o povoamento dos dados no dicionário de dados. SiMOO-RT é uma ferramenta orientada a objetos para a modelagem, simulação e geração automática de código para sistemas de tempo real.

Nos últimos anos a indústria automotiva vem passando por problemas causados pela complexidade dos equipamentos eletrônicos existentes nos veículos e pela falta de pa- dronização. Praticamente não existem componentes que sejam 100% compatíveis entre veículos de fabricantes diferentes. Para resolver este problema foi criado o consórcio AUTOSAR, que especifica uma plataforma padrão para o software usado nos componentes eletrônicos dos veículos. Este trabalho apresenta o padrão AUTOSAR, implementa o protocolo FTT-CAN (Fle- xible Time-Trigger Controler Area Network) como um barramento de comunicação se- guindo a especificação AUTOSAR e propõe a utilização deste barramento como meio de comunicação entre as ECUs de um sistema automotivo. Esta implementação resultará em maior flexibilidade, segurança e determinismo temporal para a comunicação entre os componentes deste sistema. A utilização do FTT-CAN permitirá a inserção de novos mó- dulos e novas mensagens na rede sem a necessidade de redefinição manual e offline da tabela de escalonamento, o que permitirá o desenvolvimento de aplicações plug-and-play em sistemas automotivos. A dissertação apresenta uma nova abordagem para hot-plug de novos nós na rede FTT- CAN, o estudo de caso e análise do desempenho deste sistema implementado em relação a suas características de tempo real.

Devido aos constantes avanços computacionais, bem como o desenvolvimento de eficientes métodos para a solução de problemas de otimização não-lineares, tem-se tornado interessante a realização de otimização em tempo real e como conseqüência o uso de estimadores on-line em processos químicos não lineares. Neste sentido, a atualização automática de modelos de processos torna-se interessante permitindo a realização de estimativas em tempo real de variáveis infreqüentemente medidas e/ou imensuráveis e de variáveis estados e parâmetros desconhecidos que são variantes no tempo. Usualmente, a atualização automática de modelos é feita baseado em algumas variáveis secundárias que são medidas on-line, como temperatura, pressão, composição e vazão. Nos estimadores baseados no filtro de Kalman, como o EKF e CEKF, os esforços computacionais são relativamente pequenos, variando de um simples cálculo algébrico de um ganho, por exemplo, o EKF, até a resolução de problema de otimização quadrático, como exemplo o CEKF. Estes pequenos esforços computacionais permitem rápidos resultados com relativa acuracidade, mas estes estimadores baseados no filtro de Kalman podem falhar quando o sistema tem acentuada não-linearidade, por exemplo. De outra maneira, a formulação MHE é capaz de tratar uma vasta gama de sistemas não-lineares, como aqueles que têm inversão do sinal de ganho de acordo com o ponto de operação. No entanto, na formulação MHE tem-se a necessidade de se resolver um problema NLP não convexo com muitas equações de desigualdade e graus de liberdade, e como conseqüência o tempo de processamento torna-se maior que o tempo de amostragem, fazendo impraticável a execução de ações de controle sobre o sistema em tempo real. Assim, é necessário a implementação de eficientes técnicas para resolver de maneira rápida os problemas de otimização dinâmica envolvidos na formulação MHE. Neste trabalho as estratégias seqüencial e simultânea são exploradas, almejando-se a aceleração da solução dos estágios de integração e otimização dinâmica do estimador MHE, permitindo uma ampla avaliação entre o estimador MHE e os estimadores baseados no filtro de Kalman. Os estimadores foram aplicados para sete estudos de caso, como a planta de quatro tanques cilíndricos, o modelo do reator isotérmico com a reação de van de Vusse e o modelo de um CSTR exotérmico instável. A partir dos resultados, as vantagens e desvantagens da formulação via horizonte móvel são discutidas de modo a justificar o elevado esforço empregado na avaliação e projeto deste, comparado com os estimadores EKF e CEKF, quando o sistema tem acentuada não linearidade, incertezas no modelo e distúrbios e/ou ruídos nas medições. / Due to the constant computational advances, as well as the development of efficient methods for solving nonlinear optimization problems, it has become interesting to carry out dynamic optimizations in real time and the consequent use of on-line estimators on nonlinear chemical processes. In this framework, the automatic updating of process models becomes attractive to allow the accomplishment of real-time estimates of unmeasured or infrequent-measured variables, states variables and unknown or time-variant model parameters. Usually, the process model updating is made based on some auxiliary variables that are measured on-line, such as temperature, pressure, composition, and flow rate. In the traditional Kalman filter-based estimators, such as EKF and CEKF, the computational efforts are relatively small, ranging from a simple algebraic calculation of a gain, as in the EKF case, to the resolution of a quadratic optimization problem, like in the CEKF case. These small computational efforts allow faster results with relative accuracy, but these Kalman filter-based estimators may fail when the system has meaningful nonlinearities. On the other hand, the MHE formulation is able to treat a large range of nonlinear systems, as those that have the gain sign inversion according to the operating point. However, it has the necessity to solve possible non-convex NLP problem with many inequality equations and degrees of freedom, and as consequence, the processing time may become larger than the sampling time, making impracticable the execution of the control actions over the system in real time. Thus, it is necessary to implement efficient techniques to solve in a fast way the integration and dynamic optimization problems embedded in the MHE formulation. In this work, sequential and simultaneous strategies are explored to solve the estimators, aiming to speed up the solution of the integration and dynamic optimization stages, allowing a comprehensive evaluation between MHE and Kalman filter-based estimators. The estimators were applied to seven case studies, like the quadruple tank system, van de Vusse isothermal CSTR model and a more non-linear and unstable exothermal CSTR model. From the results, the advantages and drawbacks of the moving horizon formulation are brought up to justify the high effort spent in the design and evaluation phases, compared to the EKF and CEKF estimators, when the system has relatively high nonlinearities, model uncertainties and measurement disturbances.

Submitted by Kleber Silva (kleberbs@ufba.br) on 2017-02-06T17:24:05Z No. of bitstreams: 1 dissertação-Jose Augusto.pdf: 918097 bytes, checksum: d6d73ea4db6be8c29efc7d4d621ec204 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-07T12:20:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertação-Jose Augusto.pdf: 918097 bytes, checksum: d6d73ea4db6be8c29efc7d4d621ec204 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-07T12:20:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertação-Jose Augusto.pdf: 918097 bytes, checksum: d6d73ea4db6be8c29efc7d4d621ec204 (MD5) / Atualmente, muitos sistemas mecatrônicos apresentam comportamentos definidos segundo restrições temporais e são comumente identificados como Sistemas de Tempo Real (STR). Estes sistemas são encontrados em diversas áreas que envolvem tecnologia, como automação industrial, telecomunicações e sistemas espaciais. Em todas essas áreas, há um rápido progresso tecnológico, que contribuí com o aumento na complexidade do software e na demanda de processamento. Uma tendênca crescente de utilização de plataformas com múltiplas unidades de processamentovem ocorrendo nos últimos anos. Chips contendo 100 núcleos de processamento são agora uma realidade. Neste contexto, o problema de escalonamento de tarefas deve ser avaliado levando em consideração esta tendência de paralelismo, pois a garantia das restrições temporais dos STR depende de como suas tarefas são escalonadas. O problema de escalonar n tarefas esporádicas num sistema de tempo real executando numa plataforma composta de m processadores idênticos é abordado nesta dissertação. A solução proposta é nomeada Hime (Higest-priority migration managed by EDF), a qual possui várias características interessantes: a maioria das tarefas executadas num único processador; existem no máximo [0,5m] tarefas migratórias; tanto os custos de utilização e a complexidade de sua implementação são baixos. O desempenho de Hime foi avaliado analiticamente e por simulação, os quais constataram que qualquer conjunto de tarefas com utilização não superior a 72,2% do sistema cumpre seus requisitos temporais que Hime pode lidar com sistemas que possuem utilização maior que 95% da capatidade de processamento do sistema. Tais resultados vêm contribuir com a área de STR multiprocessados ao mesmo tempo em que indicam possíveis ramos de investigação.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T18:58:07Z No. of bitstreams: 1 dissertacao_reconfiguracao_com_seg.pdf: 1376143 bytes, checksum: 3ee6bade31c4ac64861d412960df6f9a (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T11:38:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 dissertacao_reconfiguracao_com_seg.pdf: 1376143 bytes, checksum: 3ee6bade31c4ac64861d412960df6f9a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T11:38:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_reconfiguracao_com_seg.pdf: 1376143 bytes, checksum: 3ee6bade31c4ac64861d412960df6f9a (MD5) / Sistemas modernos de controle e supervisão são caracterizados pela utilização de componentes de prateleira (Commercial off-the-shelf - COTS), como componentes de rede, sistemas operacionais e middlewares, visando à otimização de custos e reutilização. Um dos aspectos cruciais em tais sistemas é sua capacidade de se adaptar a mudanças no ambiente computacional ou novos requisitos da aplicação. A plataforma ARCOS - Architecture for Control and Supervision, baseada em componentes de tempo-real, foi desenvolvida no Laboratório de Sistemas Distribuídos (LaSiD), no âmbito do Programa de Pós-Graduaçào em Mecatrônica da Universidade Federal da Bahia, para atender a essas novas demandas de sistemas industriais de controle e supervisão. Nesse trabalho, é apresentado o serviço de reconfiguração dinâmica desenvolvido para sistemas baseados em componentes, que permite modificar a composição de uma aplicação em tempo de execução, procurando minimizar o impacto em partes do sistema não envolvidas na reconfiguração em questão. É descrita a utilização desse serviço na reconfiguração de duas variações de uma aplicação de controle baseada em componentes: uma delas desenvolvida sem o emprego do ARCOS e uma outra em que esse framework é empregado. Adicionalmente, são apresentados experimentos realizados com o objetivo de avaliar o impacto da reconfiguração nas aplicações alvo.

Submitted by Kleber Silva (kleberbs@ufba.br) on 2017-05-31T19:17:00Z No. of bitstreams: 1 Ernesto Massa - Tese.pdf: 1801835 bytes, checksum: 8f11ff14bc272ec3af4ab83c894eb5db (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-06-06T14:41:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Ernesto Massa - Tese.pdf: 1801835 bytes, checksum: 8f11ff14bc272ec3af4ab83c894eb5db (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-06T14:41:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ernesto Massa - Tese.pdf: 1801835 bytes, checksum: 8f11ff14bc272ec3af4ab83c894eb5db (MD5) / Sistemas de tempo real se caracterizam não somente pela necessidade do seu correto processamento lógico, mas também por terem que atender requisitos temporais, sendo a ordem escolhida para a execução das suas tarefas um aspecto particularmente relevante. Quando estes sistemas são classificados como críticos, o atendimento dos requisitos temporais é obrigatório, sob a pena de consequências catastróficas. A recente proliferação de sistemas computacionais compostos por múltiplos processadores fez com que as estratégias de escalonamento consolidadas para sistemas com uma única unidade de processamento, porém ineficientes para ambientes com múltiplos processadores, tivessem que ser substituídas por novas estratégias. As duas abordagens inicialmente adotadas, particionada e global, apresentaram problemas de eficiência ou de aplicabilidade, abrindo espaço para a abordagem semi-particionada. Esta estratégia distribui as tarefas pelos processadores, permitindo que apenas algumas tarefas específicas tenham permissão pera executar em dois ou mais processadores. Para que nenhuma destas tarefas específicas execute simultaneamente em mais de um processador, os algoritmos que seguem abordagens semi-particionadas definem reservas de tempo em que estas ocuparão os processadores, controlando a sua execução. Aproveitando-se de servidores, que garantem isolamento temporal entre tarefas que executam em um mesmo ambiente, este trabalho apresenta dois novos servidores como instrumento para implementar reservas de tempo, propondo dois novos algoritmos de escalonamento para sistemas de tempo real críticos em ambientes com múltiplos processadores que se utilizam destes servidores. Os experimentos realizados revelaram que os desempenhos destes algoritmos são comparáveis aos principais algoritmos de escalonamento relacionados, sendo que um dos algoritmos desenvolvidos foi provado ser ótimo com relação ao uso da capacidade computacional em múltiplos processadores.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:31:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Para facilitar o desenvolvimento de aplicações de tempo real, pesquisadores propuseram uma extensão da plataforma padrão de Java, conhecida como Real-Time Specification for Java (RTSJ), com importantes mudanças que garantem a previsibilidade exigida por sistemas de tempo real. Desenvolver aplicações de tempo real e determinar o