Ordonnancement et contrôle optimal des systèmes temps-réel répartis

par Mohamed El Mongi Ben Gaid

Thèse de doctorat en Automatique et génie informamtique

Sous la direction de Yskandar Hamam.

Soutenue en 2006

à Evry-Val d'Essonne .


  • Résumé

    Traditionnellement, les problèmes de commande ont été découplés des problèmes de communication et de calcul dans l’étude des systèmes de contrôle temps-réel répartis (SCTR). Cependant, le développement considérable des réseaux de communication et de l’électronique embarquée fait apparaître de nouvelles applications, où la boucle de contrôle est soumise à des contraintes de communication et de calcul. En particulier, dans de nombreuses applications de commande embarquées et réparties, les ressources de communication et de calcul sont limitées. Cette situation affecte plusieurs domaines, allant de la robotique sous-marine au contrôle des clusters de satellites en passant par l’automobile. Le comportement de ces systèmes ne dépend plus seulement des propriétés du couple procédé/contrôleur, mais aussi des caractéristiques et des capacités des moyens de communication et de calcul. Dans cette thèse, une nouvelle approche du problème de l’optimisation conjointe de la commande et de l’ordonnancement des SCTR est proposée, en se focalisant sur deux problèmes principaux : l’ordonnancement des messages du contrôleur aux actionneurs répartis et l’ordonnancement monoprocesseur des tâches de contrôle. Dans cette approche, la qualité de la commande est utilisée afin d’évaluer l’optimalité de l’allocation des ressources. L’approche proposée vise à améliorer la performance des systèmes dynamiques commandés qui doivent relever le défi de fonctionner avec des ressources (de communication ou de calcul) limitées. De nouveaux algorithmes d’ordonnancement hors-ligne et en-ligne sont introduits, permettant d’améliorer la qualité de la commande, en allouant les ressources partagées disponibles suivant les besoins des systèmes dynamiques commandés. Ces algorithmes ont été conçus afin d’assurer un compromis entre leur complexité de calcul et leur optimalité. Leur efficacité est illustrée à travers de nombreux exemples.


  • Résumé

    Traditionally, control design problems were decoupled from communication and computation problems in the study of distributed control systems. However, the considerable development of networks and embedded electronics generates new applications, where the control loop is subjected to communication and computation constraints. In particular, in many embedded and distributed control applications, communication and computation resources are limited. This situation affects several fields, ranging from the underwater robotics to the control of satellite clusters and the automotive industry. The behavior of these systems does not uniquely depend on the properties of the plant/controller couple, but also on the characteristics of the communication and computation means. In this thesis, a new approach for the optimal control and scheduling of distributed embedded control system was proposed, focusing on two main problems: the scheduling of the messages from the controller to the distributed actuators and the scheduling of the control tasks. In this approach, the control performance, expressed as a quadratic cost function, was used to evaluate the optimality of the resource allocation. The proposed approach aims at improving the performance of the controlled dynamical systems that are challenged to operate with limited communication or computation resources, assuming that the available resources are sufficient to ensure their stability. To this end, novel on-line and off-line scheduling algorithms were introduced; allowing improving the control performance, by allocating the available shared resources according to the needs of the controlled dynamical systems. These algorithms were designed in order to ensure a tradeoff between their computational complexity and their optimality. Their effectiveness was illustrated through various simulation examples.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (xiii-146 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 137-146

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  • Cote : 629.89 BEN ord
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