On the Jitter Sensitivity of an Adaptive Digital Controller::A Computational Simulation Study

In many real-time control applications, the ability to accurately track a reference trajectory with stable, pre-specified closed-loop dynamics is highly desirable. For fixed gain control systems, the detrimental impact of jitter on performance has been relatively well studied. However, research that quantifies the possible impact of jitter on the performance and relative stability of adaptive control schemes is comparatively much rarer. With technology advances now making real-time adaptive control a viable option for high-speed applications, this situation requires further investigation. In this paper, the jitter sensitivity of a digital parameter adaptive tracking control system is studied using precise software-in-the-loop computational simulations. The results obtained indicated that the adaptive controller was significantly susceptible to jitter. In particular, key metrics such as the phase margin, gain margin, settling time, overshoot and root mean square parameter and tracking errors were all significantly impacted following the introduction of 5% jitter in the controller. The obtained data are thought to be the first detailed results of this kind and present useful insights into the practical complexities when innovating adaptive real-time tracking control systems and indicate that specialized controller implementations that minimize jitter should be employed and that further analysis is warranted

An Industrial Digitalization Platform for Condition Monitoring and Predictive Maintenance of Pumping Equipment

This paper is concerned with the implementation and field-testing of an edge device for real-time condition monitoring and fault detection for large-scale rotating equipment in the UK water industry. The edge device implements a local digital twin, processing information from low-cost transducers mounted on the equipment in real-time. Condition monitoring is achieved with sliding-mode observers employed as soft sensors to estimate critical internal pump parameters to help detect equipment wear before damage occurs. The paper describes the implementation of the edge system on a prototype microcontroller-based embedded platform, which supports the Modbus protocol; IP/GSM communication gateways provide remote connectivity to the network core, allowing further detailed analytics for predictive maintenance to take place. The paper first describes validation testing of the edge device using Hardware-In-The-Loop techniques, followed by trials on large-scale pumping equipment in the field. The paper concludes that the proposed system potentially delivers a flexible and low-cost industrial digitalization platform for condition monitoring and predictive maintenance applications in the water industry

Sistemas embebidos de tiempo real con aplicaciones en bioingeniería

El avance de la tecnología permite abordar problemas cada vez más complejos con implementaciones cada vez más compactas. Un claro ejemplo de esto son los sistemas embebidos (SE): dispositivos electrónicos compactos y autónomos, con capacidad de cómputo, que realizan procesamiento de datos y/o control sobre variables físicas externas. La mayor diferencia que presenta un SE, respecto de un computador personal (PC), es que un SE está dedicado a una función particular para la cual fue desarrollado, mientras que un PC está concebido para usos múltiples. Además, los recursos de hardware que dispone un SE son generalmente más reducidos y deben afrontar importantes restricciones de consumo. Ejemplos actuales de equipos que contienen sistemas embebidos son: un router, un teléfono celular, un lavarropas, un equipo reproductor de audio o la unidad central de control de un automóvil, entre muchos otros. También son múltiples y diversas las aplicaciones biomédicas que requieren SE como dosificadores de drogas, monitores de parámetros fisiológicos, interfaces cerebro-computadora y equipos de diagnóstico autónomos. Una característica distintiva de estas aplicaciones es que deben cumplir con estrictas restricciones en los tiempos de respuesta y de ejecución para las tareas que deben realizar, por lo cual exigen sistemas embebidos de tiempo real. En general, las aplicaciones biomédicas requieren la captura de señales, su procesamiento y además de generar estímulos en forma sincronizada con la adquisición de las señales. Estas demandas imponen serias restricciones, tanto en el software como en el hardware de este tipo de equipos. Esta tesis propone una metodología de diseño de SE para aplicaciones biomédicas. A partir de ejemplos concretos se describe el fraccionamiento de las tareas; en primer lugar entre el procesamiento analógico y el procesamiento digital de señales, y luego entre distintas plataformas sobre las cuales se implementan las tareas de procesamiento digital. Los dispositivos desarrollados en el marco de esta tesis son: un adquisidor de señales de EEG autónomo con transmisión inalámbrica para Interfaces Cerebro-Computadora (ICC) basada en ritmos cerebrales, un equipo para diagnóstico de hipoacusias basado en Oto-emisiones Acústicas (OAE) diseñado para una empresa de audiología que actualmente lo comercializa y una plataforma para implementación de ICC basada en potenciales evocados visuales de estado estacionario (del inglés SSVEP: Steady State Visual Evoked Potential) Los dispositivos desarrollados, que tienen distintos grados de complejidad y requerimientos particulares, abarcan desde pequeños SE basados en microcontroladores de 8 bits, a plataformas con microprocesadores de 32 bits con sistemas operativos de tiempo real. Cada uno de estos equipos resultaron como soluciones propias y apropiadas a problemas específicos de bioingeniería e incorporan aportes originales en distintos aspectos de los SE.Facultad de Ingenierí

Development guidelines for dependable real-time embedded systems

Embedded control systems play an increasing role in many safety critical system designs. The correct and dependable implementation of such systems depends on many factors, including the design of system hardware, software and fault tolerance mechanisms, the choice of programming language, and also the testing, verification and validation techniques employed. In this paper, a set of guidelines for the development of dependable embedded systems is presented. Although the paper is primarily concerned with single-processor applications, extensions to multiprocessor systems are discussed where appropriate. Although the creation of dependable embedded systems cannot simply rely on the enforcement of several such rules or guidelines, experience gained from several years’ experience of teaching, research and development in these areas indicates that adherence to a small, but workable, set of rules and guidelines can avoid many of the traps and pitfalls commonly encountered in the creation of dependable embedded systems