Técnicas de implementación de sistemas de control de eventos discretos

Resumen

En el mundo artificial en que vivimos, existen nuevos desarrollos y artificios como son los sistemas de fabricación automatizados, redes de comunicaciones, sistemas de control de tráfico aéreo, sistemas de mando y control. Muchos de estos sistemas, responden a una clase de sistemas dinámicos: los sistemas de eventos discretos (SED). Los SED son una clase de sistemas dinámicos cuyo comportamiento está gobernado por eventos discretos (pulsación de una tecla, activación de un sensor...) y su estado puede ser representado por un conjunto discreto de valores simbólicos. Durante las últimas décadas, se han invertido grandes esfuerzos en la investigación sobre Sistemas de Eventos Discretos. Han existido hitos fundamentales como es la propuesta y formulación de las Redes de Petri (RdPs), lo cual ha permitido grandes progresos en el campo de los SED. En el presente trabajo de investigación sobre técnicas de implementación de RdPs, uno los fines principales será su utilización en la Implementación de Sistemas de Control de Eventos Discretos. En estos sistemas es necesario que el tiempo de reacción ante la llegada de un evento sea el mínimo posible. Por lo tanto, se plantea la necesidad de conocer en profundidad el comportamiento temporal de las técnicas de implementación de RdPs, con el fin de poder garantizar el cumplimiento de los requisitos temporales. Con este fin se ha realizado un estudio de las prestaciones de los algoritmos de ejecución de RdPs desde el punto de vista de la sobrecarga introducida por la parte de control. Los resultados del estudio permitirán la mejora de las técnicas de implementación y el desarrollo de nuevas técnicas de control que optimicen las prestaciones de la implementación. El uso de las técnicas de control realimentado ha llamado recientemente la atención de la comunidad de investigadores y desarrolladores de sistemas de tiempo real. En el presente trabajo se plantea la implementación de un sistema de control encargado de controlar la propia ejecución de la RdP. Con esta finalidad, se ha diseñado un Control Supervisor, el cual utilizando técnicas de control realimentado pretende minimizar el tiempo de ejecución de una RdP y por lo tanto minimizar el tiempo de reacción del controlador. Nos referiremos a esta técnica como el Controlador de Tiempo de Ejecución (ETC). El ETC se encargará de determinar en tiempo real que algoritmo ejecuta la RdP más rápido y, en caso necesario, proceder al cambio de algoritmo. Se han evaluado las capacidades de Java para Tiempo Real en la implementación centralizada de Redes de Petri con Tiempo (TPNs). Se han propuesto implementaciones basadas en monitores de todas aquellas primitivas no directamente soportadas por Java para tiempo real. Mediante el lenguaje Java para Tiempo Real se puede construir una implementación programada correcta de las TPNs. Se propone una arquitectura de control y un entorno de desarrollo basado el lenguaje de programación Java para tiempo real con el fin de realizar la implementación descentralizada y distribuida de RdPs. Para resolver el acceso a recursos comunes, se propone una nueva clase de Lugares de Comunicación, el Lugar de Comunicación Subasta. Uno de los objetivos principales de la investigación es su aplicación, se ha investigado en la implementación de Sequential Function Charts (SFCs). Se propone la adaptación de los algoritmos de ejecución de RdPs para ejecutar SFCs. En la mayoría de los casos, los algoritmos provenientes del campo de las RdPs mostraron mejor comportamiento que los derivados de los modelos de ejecución de SFC. También se propone un nuevo algoritmo, el Active Steps, que es óptimo para la ejecución de SFCs secuenciales y concurrentes. Se propone y analiza una nueva técnica para la ejecución de programas desarrollados en SFC, la implementación descentralizada, en la que varios intérpretes ejecutan concurrentemente el programa SFC. Con la implementación descentralizada es posible conseguir un tiempo de reacción del controlador mucho menor y, por lo tanto, el mismo controlador puede ejecutar SFCs más grandes, manteniendo las prestaciones del control.