SCoCAN: UN PROTOCOLO DE COMUNICACIONES DE TIEMPO REAL PARA SISTEMAS EMPOTRADOS DISTRIBUIDOS. APLICACIÓN AL CONTROL DE ROBOTS

SCoCAN: UN PROTOCOLO DE COMUNICACIONES DE TIEMPO REAL PARA SISTEMAS EMPOTRADOS DISTRIBUIDOS. APLICACIÓN AL CONTROL DE ROBOTS

J.O. Coronel, F. Blanes, P. Pérez, M. Albero, G. Benet, J.E. Simó

Departamento de Informática de Sistemas y Computadores, Universidad Politécnica de Valencia; Camino de Vera, 14; 46022 Valencia, España.

Introducción

Los sistemas distribuidos con sistemas inteligentes empotrados son en la actualidad cada vez más utilizados en arquitecturas complejas y/o espacialmente dispersas. Es común encontrarlos en controladores de vuelo, vehículos autónomos, robots, automóviles, circuitos de vigilancia, teleoperación, en control industrial, etc. en donde diversos sensores, actuadores y dispositivos de control se encuentran dispersos.

Por lo general, los sistemas distribuidos usan buses de campo, tales como CAN, Interbus-S, LON, Profibus, entre otros. Pero para un adecuado control e integración espacial y temporal del sistema se requiere una respuesta en tiempo real, por lo que es importante tener en cuenta tanto las características del nodo como las del bus de comunicaciones. Aunque para la interconexión de dispositivos hay una gran variedad de buses de tiempo real, CAN (Controler Area Network) es una de las soluciones preferidas a la hora de comunicar sistemas empotrados distribuidos en espacios pequeños.

Desarrollo

Un controlador digital PID ha sido diseñado para analizar los efectos de las latencias en el protocolo CAN tradicional en comparación con el protocolo SCoCAN. Este controlador ha sido simulado con el paquete Simulink de Matlab. Se ha simulado un control de lazo cerrado en un escenario con múltiples cargas fijas, como es descrito ampliamente en (Peréz, et al., 2003). La carga esta compuesta por varios lazos de control, en el cual las acciones de control y las muestras de la señal de salida son enviadas en mensajes con diferentes prioridades.

En el experimento se cambian las prioridades de los mensajes del lazo de control de un máximo (mensaje con identificador 0), a un mensaje con una latencia cercana a un milisegundo. El bus del sistema, en un escenario para el peor caso, ha obtenido un resultado positivo en el test de planificabilidad, que se calculó usando la ecuación presente en (Tindell,1994). Por lo que la planificación en el bus es factible, pero en la dinámica del control de lazo cerrado se ha producido overshoot.

[pic 1]

En la figura 17 se muestra una familia de curvas con los efectos producidos por la variabilidad del jitter. Para cada valor del eje Z (máximo jitter) una respuesta a la entrada escalón es obtenida, y a mayor jitter obtendremos mayor overshoot.

Comparando este comportamiento con la transmisión de éstos mensajes usando una aproximación time triggered (SCoCAN), en la que se tendrá jitter cero, encontraremos que todas las latencias serán las mismas para todos los lazos de control. Y de esta forma, siendo el sistema planificable, la dinámica del sistema tendrá la dinámica esperada.

Se describe el diseño y la implementación de una arquitectura distribuida para el control de robots móviles. En el desarrollo de esta arquitectura se han implementado tanto los nodos empotrados encargados del control del sistema, así como el protocolo de comunicaciones SCoCAN (Shared Channel on CAN). Este protocolo permite comunicaciones de tiempo real entre diferentes nodos distribuidos (sensores, actuadores y controladores).

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