طراحی کنترل کننده ی بلادرنگ با استفاده از شبکه های حسگر- عملگر بیسیم

استفاده از شبکه های ارتباطی بیسیم به جای سیم کشی نقطه به نقطه، در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. دسته ای از پژوهش ها و کاربردهای صنعتی بکارگیری شبکه های بیسیم را برای جمع آوری داده های سنسوری (data aggregation) و پایش (monitoring) وضعیت فرآیند توسعه داده اند و از آن با عنوان "شبکه حسگر بیسیم" (wireless sensor network) یا به اختصار wsn یاد می کنند. امروزه مفهوم "شبکه حسگر- عملگر بیسیم" (wireless sensor-actuator network) یا به اختصار wsan برای توسعه wsn به کاربردهای کنترل دارای حلقه های کنترل بلادرنگ (real-time) ارائه شده است. wsan ساختاری برای پیاده سازی سیستم کنترل تحت شبکه را با بکارگیری فناوری بیسیم فراهم می نماید. درکنار مزایایی مانند کاهش هزینه سیم کشی، سهولت نصب و نگهداری، افزایش انعطاف پذیری، امکان پایش و کنترل در محیط های خطرناک و ایجاد امکان کنترل سیستم های پراکنده از نظر جغرافیایی ، مشکلاتی همچون تاخیر در ارسال داده ها بین اجزای سیستم کنترل، گم شدن (packet loss) بسته های داده در شبکه ارتباطی بیسیم، تداخل بسته ها در شبکه ارتباطی، همزمان سازی(synchronization) اجزای مختلف سیستم کنترل، تضمین شرایط و نیازهای real-time، امنیت اطلاعات، قابلیت اطمینان از چالش های جدی در این سیستم ها می باشد. از میان این چالش ها، مسئله تاخیر و گم شدن بسته بیشتر مورد توجه متخصصان و پژوهشگران کنترل قرار گرفته است. در این پایان نامه به بررسی و رفع مشکلات کنترل کننده بلادرنگ با استفاده از wsanها می پردازیم. یک سیستم کنترل مبتنی بر wsan دو هدف را دنبال می کند: اول، انتقال مشاهدات و اندازه گیری حسگرها برای کنترل کننده از طریق شبکه سمت حسگرها و دوم، اعمال فرامین کنترلی کنترل کننده به عملگرها از طریق شبکه سمت عملگرها. در راستای هدف اول یک تخمین گر بهینه پیشنهاد داده شده است که با محدودیت های اعمال شده از سوی شبکه سمت حسگرها سازگار باشد و بتواند در حضور محدودیت هایی چون تاخیر و گم شدن بسته های ارسالی مشاهدات بین حسگر و کنترل کننده، ارسال مستقل مشاهدات توسط چند حسگر، خارج از نوبت رسیدن مشاهدات و رسیدن همزمان چند مشاهده، عملیات تخمین را بصورت بلادرنگ انجام دهد. به منظور تحقق هدف دوم، یک کنترل کننده متمرکز طراحی شده است و حلقه ی کنترلی مبتنی بر شبکه های بیسیم کامل شده است. تمامی اطلاعات و مشاهدات از همه ی حسگرها، عملگرها و وضعیت شبکه ، در اختیار کنترل کننده متمرکز قرار می گیرد و این کنترل کننده، فرامین کنترلی همه ی عملگرها را محاسبه کرده و از طریق شبکه ی بیسیم به عملگرها اعمال می کند.