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Type: Tese de Doutorado
Title: Métodos de controle de fluxo de entrada para sistemas modelados por grafos de eventos temporizados
Authors: Jose Ricardo da Silva Dias
First Advisor: Flávio Vinícius Cruzeiro Martins
First Co-advisor: Vicente Ferreira de Lucena Júnior
First Referee: Lucas Carvalho Cordeiro
Second Referee: Patricia Nascimento Pena
Third Referee: Guilherme Augusto Silva Pereira
Abstract: Esta tese trata do controle de sistemas modelados por grafos de eventos temporizados (GET) e pela álgebra max-plus, tais sistemas são sujeitos a fenômenos de sincronização e atraso de tempo. O foco principal para aplicação são os sistemas de manufatura, não se limitando no entanto somente a estes. Atualmente, os problemas de controle de sistemas modelados por GET são abordados de duas maneiras diferentes: (a) baseada em dióide da série de potências formal e, (b) baseada em dióide de datadores. A principal característica da primeira abordagem, reside no fato de que esta baseia-se em técnicas de funções de transferência. A segunda abordagem, baseada em dióides de datadores, nos permite lidar diretamente com a realização do sistema. Os principais tipos de controle que utilizam as funções de transferências são os métodos por modelo de referência. O objetivo do controle por modelo de referência refere-se à imposição de um comportamento desejado para um determinado sistema, o qual por sua vez é ditado pelo uso de um controlador de realimentação. Assim sendo tal método procura determinar o melhor controlador possível para cumprir esse objetivo. No contexto de GET, esse controlador minimiza a quantidade de fichas no GET e atrasa o máximo possível a entrada de matéria-prima no sistema. Para um determinado modelo de referência, o problema enfrentado consiste em encontrar o maior controlador, caso ele exista. Esses problemas de controle para GET são usualmente propostos utilizando-se a política de gestão just-in-time (JIT), na qual, o objetivo é entregar a matéria-prima no momento exato da necessidade dos postos de trabalho, sem formar estoques desnecessários no interior da planta fabril, mas atendendo as especificações de demanda de produção. De um modo geral, as propostas de controle estão baseadas no controle em malha aberta, utilizando-se a pré-compensação, e em malha fechada, utilizando-se a realimentação. A forma algébrica de lidar com o problema através de uma série de potências formal, é, de longe, uma abordagem mais complexa não garantindo o melhor critério de otimização de JIT. O objetivo desta tese é propor dois métodos de controle baseados em dióide de datadores. O primeiro método propõe o cálculo dos parâmetros de um controlador de realimentação que atrasa ao máximo a entrada de matéria-prima no sistema modelado por GET, também calcula o número de fichas no sistema de realimentação, limitando ao máximo as fichas no sistema modelado. Parâmetros esses obtidos a partir da lei de controle imposta ao sistema modelado, mostrando-se, dessa maneira que os resultados alcançados pelo método de controle, são superiores aos resultados apresentados pela abordagem por modelo de referência com realimentação. Mostra-se ainda que este método tem complexidade computacional polinomial. O segundo método de controle, método II, propõe a sincronização do disparo de várias transições internas em um sistema modelado por GET. Esse controle é obtido atrasando-se a entrada de matéria-prima no sistema e, na maioria dos casos, modificando-se a taxa de produção do sistema. São propostas duas equações gerais para o cálculo dos parâmetros do controlador que sincroniza o disparo dessas várias transições. Uma equação calcula os tempos de atraso na entrada de alimentação, a outra equação calcula a taxa de produção que o sistema deve operar para realizar a sincronização desejada. O cálculo do número de fichas de realimentação é obtido da mesma forma que no método I. Esse tipo de controle é importante, pois sincronizar transições permite definir o momento exato que um evento ou atividade, pode começar ou terminar numa sequência de atividades definidas. Os resultados desse método são apresentados na sincronização de duas, três e quatro transições. Espera-se obter resultados onde, os métodos propostos reduzam a complexidade para o cálculo dos controladores para esses dois tipos de controle, o que levaria a uma diminuição da carga computacional, proporcionado um efeito de estabilização do sistema, evitando o overflow dos estoques, usando como base a política de gestão JIT.
Abstract: This thesis deals with the control of systems modeled by timed events graphs (TEG) and the max-plus algebra, such systems are subject to synchronization phenomena and time delay. The main focus for application are manufacturing systems, however it is not limited to only these. Currently, the problems of control systems modeled by TEG are approached in two different ways: (a) based on dioid the formal power series, and (b) based on dioid of daters. The main feature of the first approach, lies in the fact that this is based on techniques of transfer functions. The second approach, based on dioid of daters, allows to deal directly with the fulfillment of the system. The main types of control that use transfer functions are the methods by reference control. The goal of the model reference control refers to the imposition of a desired behavior for a given system, which in turn is dictated by the use of a feedback controller. Therefore this method seeks to determine the best controller possible to fulfill this goal. In the context of TEG, this minimizes the amount of controller token on TEG and delays as much as possible the entry of raw materials in the system. For a given model reference control, the problem faced consists of finding the biggest controller, in case it exists. These control issues to TEG are usually proposed in the just-in-time (JIT) management policy, in which the goal is to deliver the raw material at the exact moment of need of jobs, without forming unnecessary stocks within the manufacturing plant, but given the specifications of production demand. Generally speaking, the proposals of control are based on the open loop control, using pre-compensation, and closed loop, using the feedback. The algebraic form of dealing with the problem through a formal power series, is by far a more complex approach , which doesnt guarantee the best criterion of JIT optimization. The goal of this thesis is to propose two control methods based on dioid of daters. The first method propose the calculation of parameters of a feedback controller that delays the entry of raw materials in the system modeled by TEG, also it calculates the number of tokens in the feedback system, limiting the most tokens in the modeled system. These parameters obtained from the controlling law imposed on the modeled system, showing up, this way the results achieved by the method of control, are superior to results presented by the model reference control approach with simple feedback. The second method, control method II, proposes the firing synchronization of several internal transitions in a system modeled by TEG. This control is achieved by delaying the entry of raw materials in the system and, in most cases, by modifying the production rate of the system. Two general equations are proposed for the calculation of the parameters of the controller which synchronizes the firing of these various transitions. An equation calculates the delay times on the feeding input, the other equation calculates the production rate that the system must operate to perform the desired synchronization. The calculation of the number of tokens of feedback is obtained in the same way as in the method I. This type of control is important because synchronizing transitions allow to define the exact time that an event or activity can begin or end, in a sequence of defined activities. The results of this method are presented in synchronization of two, three and four transitions. Where results are expected, the proposed methods reduce the complexity for the calculation of the controllers for these two types of control, which would lead to a reduction in the computational load, providing a stabilizing effect of the system, avoiding stocks overflow, using as parameter the JIT management policy.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-A2CRKV
Issue Date: 10-Nov-2014
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