Sterowanie przetwornikami elektromechanicznymi z wykorzystaniem sieci Internet proponowana metodologia badań

Transkrypt

1 Sterowanie przetwornikami elektromechanicznymi z wykorzystaniem sieci Internet proponowana metodologia badań Wiadomości wstępne o możliwości wykorzystania sieci Internet do sterowania układami mechatronicznymi Powstanie i dynamiczny rozwój sieci Internet stworzył zupełnie nowe możliwości zdalnego sterowania urządzeń na duże odległości. Do przekonywujących przykładów świadczących o wysokiej użyteczności nowej techniki i jej szerokich możliwościach należą operacje chirurgiczne realizowane przez roboty medyczne sterowane z odległych miejsc via Internet, poprzez wybitnych chirurgów-specjalistów pełniących rolę teleoperatorów. Wydaje się ze już w niedalekiej przyszłości ukoronowaniem tej techniki sterowania poprzez globalną sieć Internet mogą stać się tzw. digital factory (bezzałogowe fabryki) rozlokowane w różnych częściach świata i sterowane przez grupę wybitnych fachowców i inżynierów z centrum zarządzania odległego o setki, czy też tysiące kilometrów. Pomimo satysfakcjonującej i zadawalającej realizacji wielu projektów, związanych ze sterowaniem urządzeniami poprzez sieć Internet, metodologia prowadzenia badań nad takimi układami nie jest dostatecznie rozwinięta, a wiele problemów czeka dopiero na właściwe teoretyczne ujęcie oraz na takie rozwiązania, które będą miały praktyczne znaczenie w projektowaniu i eksploatacji takich systemów. Koncepcje i rozważania prezentowane w niniejszym rozdziale, lokują się w takim właśnie obszarze badań nad układami, sterowanymi przez sieć Internet. W celu przebadania procesów sterowania przez Internet dla możliwie szerokiej grupy obiektów zaproponowano zastąpienie obiektów rzeczywistych, przez - odpowiadające im - modele matematyczne, implementowane w środowisku MATLAB/Simulink lub na karcie procesorów sygnałowych DSP1104 (Rys. 11.1). W rzeczywistym obiekcie (np. silniku elektrycznym z układem zasilania i sterowania), najczęściej nie ma możliwości zmiany jego parametrów w trakcie eksploatacji np. stałych czasowych obwodów elektrycznych, dlatego też bada-

2 190 nie procesów sterowania poprzez sieć Internet można zrealizować tylko dla jednego konkretnego obiektu o jednym określonym zestawie parametrów. Zastępując obiekt rzeczywisty modelem matematycznym, zyskujemy możliwość dowolnej zmiany parametrów, które występują w równaniach modelu, jako współczynniki [11.3]. Obiekt rzeczywisty zastąpienie przez jeden zestaw parametrów opisujących obiekt Model Matematyczny implementacja możliwość dowolnej zmiany parametrów danego obiektu Pakiet programów Matlab/Simulink lub karta procesorów sygnałowych DSP 1104 umożliwia symulowanie działania obiektu dla dowolnych parametrów i w dowolnych warunkach pracy możliwość podglądu wartości wybranych parametrów obiektu Rys Schemat blokowy, przedstawiający zastąpienie obiektu fizycznego modelem matematycznym ze wskazaniem uzyskanych korzyści Dodatkową korzyścią z wykorzystania środowiska MATLAB/Simulink lub karty procesorów sygnałowych DSP1104 [11.1] [11. 2] jest możliwość symulowania działania dla dowolnych parametrów i w dowolnych warunkach pracy oraz możliwość podglądu wartości wybranych parametrów obiektu, jak też - łatwość w prezentowaniu i archiwizacji wyników pomiarów. W zaproponowanym sposobie badania sterowania przez sieć Internet wykorzystuje się Emulator, który symuluje sieć Internet [11.4] [11.5] [11.6]. W badaniach możliwości zdalnego sterowania poprzez sieć Internet, wykorzystanie Emulatora (zamiast realnej sieci) eliminuje koszty i czas realizacji badań na rzeczywistych połączeniach. Wirtualną sieć Internet można zbudować, konfigurując w odpowiedni sposób urządzenie Network Emulator. Jego wykorzystanie umożliwia min. badanie wpływu wybranych parametrów sieci Internet z punktu widzenia możliwości zdalnego sterowania. Przykładowe parametry to: przepustowość sieci transmisyjnej, opóźnienie pakietów, fluktuacja opóźnienia pakietów, zmiana kolejności pakietów, czy też straty i duplikacja pakietów, jak też inne parametry, związane z wydajnością, zarówno sieci Internet, jak również z wykorzystanymi protokołami np. TCP lub UDP.

3 Stanowisko doświadczalne do badania sterowania przetwornikami elektromechanicznymi z wykorzystaniem sieci Internet Podstawowym kryterium możliwości wykorzystania sieci Internet do sterowania przetwornikami elektromechanicznymi są występujące w niej opóźnienia transmisji. Istotnym elementem jest również określenie dodatkowych opóźnień, wprowadzanych przez oprogramowanie przeznaczone w sieci TCP/IP/Ethernet do obróbki danych, czy też zdalnego sterowania obiektem fizycznym, które jest wykorzystywane w torze transmisyjnym. Szczególny nacisk w odniesieniu do tego zakresu badań został położony na pomiar dodatkowych opóźnień, wynikających z wprowadzenia programu MA- TLAB/Simulink oraz karty procesorów sygnałowych DSP1104 (w których implementuje się modele matematyczne), jak też dodatkowych specjalnie opracowanych programów autorskich SKMThread i SKCDSP1104[11.3], które to programy są nieodzowne w proponowanej metodologii badań. Pomiary opóźnień transmisyjnych są również ważne ze względu na badania, dotyczący oceny jakości sterowania w stanie przejściowym (dokładność dynamiczna) oraz w stanie ustalonym (dokładność statyczna), wybranymi typami obiektów (np. silnikami) w zamkniętej przez sieć Internet pętli sprzężenia zwrotnego [11.7] [11.8] [11.9] w odniesieniu zarówno do modeli matematycznych zaimplementowanych w programie MATLAB/Simulink lub na karcie procesorów sygnałowych DSP1104, jak również w odniesieniu do rzeczywistych obiektów. Celem przeprowadzonych badań było wyznaczenie oraz porównanie czasów opóźnień transmisji pakietów w sieci lokalnej na drodze eksperymentów, podczas których program działający w trybie Klient oraz program działający w trybie Serwer były obsługiwane z poziomu uruchomionej symulacji w programie MATLAB/Simulink oraz na drodze eksperymentów, w których programy działające w trybach (Klient, Serwer) obsługiwały karty procesorów sygnałowych DSP1104 podczas nadawania pakietów. Wyniki pomiarów czasów opóźnień transmisji pakietów, uzyskane podczas eksperymentów, porównano z wynikami uzyskanymi na drodze eksperymentów, w których programy działające w trybie Klient oraz Serwer działały niezależnie, wyłącznie pod kontrolą systemu operacyjnego.

4 Opis struktury stanowiska Pomiary były realizowane na stanowisku badawczym, którego schemat blokowy jest przedstawiony na Rys Stanowisko zbudowane było z dwóch komputerów o tej samej konfiguracji sprzętowej oraz programowej. Na komputerach zainstalowane były systemy operacyjne Windows 7 Professional oraz pakiet programów MATLAB/Simulink w wersji 7.1 (R14). Stanowisko zostało przygotowane do przeprowadzenia eksperymentów dla trzech konfiguracji łącza sieci lokalnej, zbudowanej z: (a) - Kabla sieciowego z przeplotem (ang. cross cable), (b) - Przełącznika sieciowego (ang. switch) firmy TP-Link, (c) - Routera bezprzewodowego firmy Linksys. Rys Stanowisko badawcze do pomiaru czasu opóźnień transmisji pakietu w sieci lokalnej z konfiguracją łącza za pomocą: (a) - przewodu z przeplotem; (b) - przełącznika sieciowego; (c) - routera bezprzewodowego Badania zostały ukierunkowane na możliwość wykorzystania dwóch autorskich programów SKMThread oraz SKCDSP1104, które mogą działać w jed-

5 193 nym z dwóch trybów pracy: Klient lub Serwer (dzięki czemu możliwa jest wymiana danych w sieci TCP/IP/Ethernet). W połączeniach sieciowych stosowano miedziany kabel ekranowany kategorii 5a. Połączenia sieciowe dla każdej z trzech zbudowanych sieci lokalnych zostały ustawione w trybie pełno-dupleksowym (ang. Full Duplex) oraz na wartość prędkości transmisji 100MB/s. W każdym kroku symulacji program MATLAB/Simulink lub karta DSP1104 wykonuje operacje zawarte w blokach modelu w kolejności ustalonej w czasie fazy inicjalizacji. Dla każdego bloku modelu w programie MA- TLAB/Simulink lub na karcie DSP1104 wywoływane są funkcje, które pozwalają na obliczenie zmiennych stanu bloku, pochodnych i wartości wyjść dla bieżącej próbki czasu. Te operacje są wykonywane aż do chwili zakończenia symulacji Program badań i charakterystyka eksperymentów Dla poszczególnych konfiguracji łącza sieci lokalnej, wykonano serie eksperymentów, w których mierzono czasy opóźnień transmisji pakietów dla następujących konfiguracji zestawień oprogramowania: A - Metoda A MATLAB (Klient) - MATLAB (Serwer), B - Metoda B DSP1104 (Klient) - DSP1104 (Serwer), C - Układ odniesienia Klient Serwer. W systemach operacyjnych zainstalowanych na komputerach używanych w eksperymentach zostały usunięte lub zatrzymane wszystkie procesy i usługi, które nie były wymagane przez system do poprawnego działania i tym samym do przeprowadzania badań. Priorytety testowanych programów (procesów) zostały ustawione na poziom wysoki, co uzyskano poprzez umożliwienie użytkownikowi ustalenia tych priorytetów dla wybranych procesów w systemie Windows 7 Professional. Badania przeprowadzono dla następujących parametrów transmisji: Częstość wysyłania pakietów: p1=1, p2=10, p3=100, p4=1000 [ms], Rozmiar pakietów: 64 [B], Użyty protokół: TCP/IP.

6 194 Przed przystąpieniem do eksperymentu należało dokonać: konfiguracji łącza (a, b, c) sieci lokalnej oraz konfiguracji programów (A, B, C). Przykładowo dla eksperymentu, w którym była wymagana konfiguracja łącza a oraz konfiguracja oprogramowania - B, należało połączyć komputery za pomocą kabla z przeplotem (ang. cross cable), a następnie na komputerze nadającym oraz na komputerze odpowiadającym należało uruchomić symulację modelu obiektu w MATLAB/Simulink wraz z kodem programu SKMThread, umieszczonym w bloku S-function. Uruchomienie symulacji modelu obiektu powoduje otwarcie okna programu SKMThread (pracującego jako kolejny wątek głównego procesu symulacji). Na komputerze nadającym jest wybierany tryb pracy programu Klient, natomiast na komputerze odpowiadającym jest ustawiony tryb pracy programu Serwer. Od tego momentu sekwencja kolejnych działań jest następująca: 1) na Serwerze (komputerze odpowiadającym) otwieramy połączenie przy użyciu protokołu TCP/IP, 2) przy użyciu komputera nadającego Klienta nawiązujemy połączenie z Serwerem, 3) jeżeli Serwer zezwolił na połączenie, należy ustawić żądane parametry testu: Interwał częstość wysyłania pakietów (np. 100 [ms]), rozmiar pakietu 64[B], liczba pakietów do wysłania (np. 100), 4) konfiguracja parametrów testu zostaje przesłana do Serwera, 5) z komputera nadającego zostaje wysłany pierwszy pakiet danych o nr p. Numer pakietu jest inkrementowany (zwiększany o jeden) dla każdego pakietu i umieszczony wewnątrz danych pakietu na odpowiedniej pozycji. Jednocześnie program uruchamia stoper, 6) komputer odpowiadający odbiera pakiet o danym numerze i odsyła niezmieniony do komputera nadającego, 7) po odebraniu pakietu, jest sprawdzany numer wewnątrz danych pakietu i - jeżeli jest poprawny - zatrzymany zostaje czas, 8) komputer nadający wyświetla aktualny czas transmisji pakietu. Sekwencja od punktu 5 do punktu 8 powtarzana jest tyle razy, ile ustawiono pakietów do wysłania. Po skończeniu testu wyświetlany jest wynik, na który składają się czasy transmisji pakietów: minimalne, średnie i maksymalne dla całego testu (np. dla 100 pakietów), jak również odchylenie standardowe wyznaczone dla wszystkich czasów transmisji. Wyniki te następnie zostają zapisane do pliku tekstowego pod podaną przez użytkownika nazwą (np. cross_10ms).

7 195 Do pomiaru czasu transmisji wybrano metodę pomiaru opóźnień w obie strony (ang. round-trip delay). Zmierzony czas transmisji jest czasem, który zajmuje pakietom podróż z punktu źródłowego do docelowego, a następnie z powrotem do punktu źródłowego. Program badań oraz stanowisko doświadczalne zostało opracowane do realizacji pomiarów czasów opóźnień transmisji pakietów dla 36 kombinacji konfiguracji stanowiska (wynikających z istnienia 3 konfiguracji programów, 3 konfiguracji łącza sieci lokalnej oraz 4 częstości wysyłania pakietów). W celu jednoznacznego przypisania wyznaczonych wartości konfiguracjom stanowiska oraz częstościom wysyłania pakietów, wykorzystano następujące indeksy i oznaczenia: i A, B, C konfiguracja oprogramowania, a,b, c k p, p, p, j konfiguracja łącza sieci lokalnej, częstość wysyłania pakietów p4 (odstęp czasu pomiędzy kolejnymi wysłanymi pakietami), gdzie: konfiguracja zestawień programów (i): A - Metoda A MATLAB (Klient) - MATLAB (Serwer) B - Metoda B DSP1104 (Klient) - DSP1104 (Serwer) C - Układ odniesienia Klient Serwer konfiguracja łącza sieci lokalnej (j): a - kabel sieciowy z przeplotem (ang. cross cable) b - przełącznik sieciowy (ang. switch) c - router bezprzewodowy częstość wysyłania pakietów (odstęp czasu pomiędzy kolejnymi pakietami) (k): p1-1 ms p2-10 ms p3-100 ms p ms Klasyfikacja wyznaczonych opóźnień Pojedynczy eksperyment polegał na pomiarze czasu opóźnienia transmisji dla 5000 pakietów ( N 5000 ), które wysyłano w równomiernych odstępach czasu, co k p, p, p, p p4. W wyniku przeprowadzenia poje-

8 196 dynczego eksperymentu uzyskano zbiór 5000 wartości czasu opóźnień transmisji, na podstawie których wyznaczono wartości charakterystyczne, zgodnie z zależnościami: minimalna wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas pojedynczego eksperymentu wyznaczono wg zależności: j,k j,k i, i, min min p, (11.1) p 1 N p maksymalna wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas pojedynczego eksperymentu wyznaczono wg zależności: j,k j,k i, i, max max p, (11.2) p1 N p średnia wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas pojedynczego eksperymentu wyznaczono wg zależności: N 100 p1 i, j,k p av. Np (11.3) Dla zadanej konfiguracji stanowiska doświadczalnego (i, j, k) przeprowadzono eksperyment, na który złożyło się wysłanie 5000 pakietów. Algorytm realizacji pojedynczego eksperymentu dla zadanej konfiguracji eksperymentu (i, j, k) jest przedstawiony na rysunku Przykładowo na podstawie wyników uzyskanych dla pojedynczego eksperymentu oraz dla wybranej konfiguracji stanowiska doświadczalnego: B - Metoda B DSP1104 (Klient) - DSP1104 (Serwer), b - przełącznik sieciowy, p3-100 ms. podstawiając: i = B; j = b; k = p 3 do zależności ( ) otrzymujemy następujące 3 wartości charakterystyczne: minimalną wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas eksperymentu:

9 197 B,b,p 3 B,b,p 3 min m 0,290[ms], (11.4) min m 1 N p maksymalną wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas eksperymentu B, b,p 3 max B,b,p 3 m 0,594 [ms ], (11.5) max m 1 N p średnią wartość czasu opóźnienia transmisji pakietu podczas eksperymentu B,b,p 3 av N 100 B,b,p 3 m m1 N p (11.6) 0,402[ms]. W celu określenia zmienności otrzymanych wyników pomiarów czasów opóźnień podczas transmisji pakietów w sieci lokalnej (Intranet), zastosowano wzór statystyczny na odchylenie standardowe, charakteryzujące rozrzut wyników wokół średniej arytmetycznej. Aby obliczyć odchylenie standardowe dla zbioru wartości czasów opóźnień transmisji pakietów wyznaczonych z pojedynczego eksperymentu, należało określić wariację ze zbioru Np wyników pomiarów czasów opóźnień: 1,, 3,. N p o średniej arytmetycznej av dla zadanej konfiguracji 2 stanowiska doświadczalnego (i, j, k): ( i, j, k ) 2 p ( i, k i k i k i k j, k) ( i, j, k) 2 ( i, j, ) (, j, ) 2 (, j, ) (, j, ) 1 avr 2 N av p N p av 2 (11.7)

10 198 uruchomienie eksperymentu dla zadanej konfiguracji [i, j] oraz dla k p,p,p, komputer nadający (Klient) p 4 Start nawiązanie połączenia Klient-Serwer ustawienie początkowej wartości częstości wysyłania pakietów k = p 1 ustawienie początkowego nr pakietu p = 1 N Stop zestawienie czasów dla zadanej konfiguracji [i,j] oraz dla k p, T czy (k = p4)? 1,p 2,p 3 p 4 wysłanie pakietu o nr p zmiana wartości częstości wysyłania pakietów komputer odbierający (Serwer) komputer nadający (Klient) rozpoczęcie pomiaru czasu transmisji dla wysłanego pakietu p = start odebranie pakietu o nr p wysłanie zwrotnie odebranego pakietu o nr p odebranie pakietu o nr p zatrzymanie pomiaru czasu transmisji dla wysłanego pakietu p = stop zapisanie w pamięci programu wyznaczonych czasów transmisji wyznaczenie czasów dla zadanej konfiguracji [i,j,k]: min, max, av, p N T czy p > 5000? zapisanie w pamięci programu zmierzonej wartości czasu transmisji p zwiększenie nr pakietu p++ Rys Algorytm realizacji eksperymentu dla zadanej konfiguracji eksperymentu (i, j) oraz dla częstości wysyłania pakietów k p, p, p, p 4

11 199 Odchylenie standardowe dla zbioru wartości czasów opóźnień transmisji pakietów, wyznaczonych z pojedynczego eksperymentu to pierwiastek kwadratowy z wariacji: (i,j,k) (i,j,k) p 2 (11.8) p Wyznaczenie czasów transmisji w sieci lokalnej dla różnych konfiguracji sprzętowych oraz przy różnej częstości wysyłania pakietów przy wykorzystaniu protokołu TCP/IP Wyznaczone wartości czasów opóźnień charakterystycznych oraz wartości odchylenia standardowego w sieci lokalnej (Intranet) dla różnej: konfiguracji programów (i = A, B, C); konfiguracji łącza sieci lokalnej kabel z przeplotem oraz przełącznik sieciowy (j = a, b) oraz dla różnej częstości wysyłania pakietów (k), przedstawiono w postaci zbiorczego zestawienia na Rys oraz Rys Porównanie minimalnych wartości czasów opóźnień transmisji pakietu w sieci lokalnej (Intranet) dla różnej: konfiguracji programów (i = A, B, C); konfiguracji łącza sieci lokalnej kabel z przeplotem oraz przełącznik sieciowy (j = a, b) oraz dla różnej częstości wysyłania pakietów (k) oś odciętych (skala logarytmiczna)

12 200 Dla konfiguracji łącza sieci lokalnej przy użyciu routera bezprzewodowego (j = c), odchylenie standardowe przedstawiono na Rys Zestawienie oddzielne wykresów dla routera bezprzewodowego zostało wymuszone przez znaczne różnice wyznaczonych wartości czasów opóźnień w stosunku do konfiguracji łącza przy użyciu kabla z przeplotem i przełącznika sieciowego. Podanie tych wyników na jednym wykresie utrudniłoby ich interpretację. Rys Porównanie wartości odchyleń standardowych wyznaczonych na podstawie czasów (Intranet) dla różnej: konfiguracji programów (i = A, B, C); konfiguracji łącza sieci lokalnej kabel z przeplotem oraz przełącznik sieciowy (j = a, b) oraz dla różnej częstości wysyłania pakietów (k) oś odciętych (skala logarytmiczna)

13 201 Rys Porównanie wartości odchyleń standardowych wyznaczonych na podstawie czasów pakietu w sieci lokalnej (Intranet) dla różnej: konfiguracji programów (i = A, B, C); częstości wysyłania pakietów (k) oraz dla połączenia przy pomocy routera bezprzewodowego (j = c) oś odciętych (skala logarytmiczna) Podsumowanie Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że warunki badań prowadzonych z użyciem modeli matematycznych nie będą odbiegać od warunków badań realizowanych na rzeczywistych obiektach. Czasy transmisji poprzez sieć lokalną nie zwiększają się znacząco w wyniku zastosowania dodatkowego autorskiego oprogramowania, wymieniającego dane poprzez sieć TCP/IP/Ethernet: a) z poziomu działającej symulacji zaimplementowanego modelu w programie MATLAB/Simulink Metoda A, program SKMThread (A), b) podczas wymiany danych (zapis i odczyt) pomiędzy pamięcią operacyjną komputera, a pamięcią operacyjną karty procesorów sygnałowych DSP1104 przez magistralę PCI w trakcie symulacji na karcie Metoda B, program SKCDSP1104 (B). Wykazano ponadto, że niezależnie od częstości wysyłanych pakietów oraz od użytego łącza, czasy transmisji poprzez sieć lokalną nie zwiększają się znacząco (tzn. zwiększą się w sposób pomijalnie mały) w stosunku do oprogra-

14 202 mowania działającego bezpośrednio pod kontrolą systemu operacyjnego (pomiary w układzie odniesienia C). Na podstawie otrzymanych wyników można wywnioskować, że dla poprawnego sterowania np. urządzeniami elektromechanicznymi poprzez sieć TCP/IP/Ethernet, należy zastosować odpowiednie urządzenia sieciowe, jak również położyć duży nacisk na oprogramowanie komunikacyjne wyższego poziomu. Przeprowadzone badania wykazały również możliwość wykorzystania programu MATLAB/Simulink, jak też karty procesorów sygnałowych DSP1104 do badań modeli matematycznych np. urządzeń elektromechanicznych sterowanych poprzez sieć Internet, ze względu na niewielki wpływ na czasy transmisji. Dodatkowo, na podstawie przeprowadzonych eksperymentów, można wyciągnąć następujące wnioski: Czasy transmisji zależą od zastosowanego urządzenia sieciowego. Jak można było się spodziewać, najmniejsze średnie wartości czasów opóźnień transmisji pakietu w sieci lokalnej uzyskano dla połączenia bezpośredniego pomiędzy komputerami (przewód z przeplotem). Zastosowanie przełącznika sieciowego zwiększyło czasy opóźnień w stosunku do przewodu z przeplotem o około 8% - 12% - dla konfiguracji programów w układzie odniesienia (C) i dużych częstości wysyłania pakietów (1ms 100ms). W miarę zmniejszania częstości wysyłania pakietów różnice te są coraz mniejsze (np. dla 1000ms, różnica wyników jest na poziomie 0,5% ). Jest to spowodowane tym, że przy zmniejszaniu częstości czasy opóźnień zwiększają się, a tym samym dodatkowe opóźnienia wprowadzone przez przełącznik sieciowy są mniej zauważalne. Zastosowanie routera bezprzewodowego znacznie zwiększa opóźnienia np. dla konfiguracji programów w układzie odniesienia (C) i przewodu z przeplotem opóźnienie to wynosi: 0,286 ms, a dla routera bezprzewodowego: av 2,031ms av av. Problemy z wydajnością w systemach bezprzewodowych spowodowane są m.in. czynnikami środowiskowymi, przeszkodami terenowymi oraz odbiciami [11.10], co może przyczynić się do powstania dużej liczby nieprzewidywalnych błędów. Zestawione wyniki dla routera bezprzewodowego uzyskano w eksperymentach przeprowadzonych w laboratorium, w którym pracowały również inne urządzenia wykorzystujące rozproszenie widma, co mogło również wpłynąć na czasy opóźnień. Największy wpływ na czasy transmisji w routerze bezprzewodowym ma działanie mechanizmu współdzielenia usług bezpołączeniowych.

15 203 Dla przełącznika sieciowego, jak również dla przewodu z przeplotem wyniki są zbliżone, niezależnie od badanej konfiguracji programów, czy też częstości wysyłania. Wartość odchylenia dla tych mediów sieciowych jest na poziomie np. 0,029 0,114. Dla routera bezprzewodowego odchylenie standardowe jest o około 10 krotnie większa (0,648 1,280) czyli rozproszenie wartości zmiennych opóźnień wokół średniej arytmetycznej jest bardzo duże. Jest to spowodowane m.in. wadami sieci bezprzewodowej. Charakterystyczne jest również to, że wartość odchylenia jest tym mniejsza, im mniejsza jest częstość wysyłania pakietów. Na wartość odchylenia standardowego ma również wpływ badana konfiguracja programów. Komunikacja poprzez sieć TCP/IP/Ethernet z poziomu dodatkowego oprogramowaniu (w badanym przypadku są to: program MATLAB/Simulink oraz karta DSP) powoduje nieznaczne zwiększenie odchylenia standardowego, co jest spowodowane obciążeniem systemu operacyjnego dodatkowymi zadaniami. Dla dużych częstości wysyłania pakietów (1ms, 10ms), średnie wartości czasów opóźnień są znacznie krótsze, niż dla mniejszych częstości wysyłania pakietów (1000ms). Zjawisko to zachodzi zarówno dla wszystkich badanych konfiguracji programów, jak również dla każdego użytego urządzenia sieciowego (przewód z przeplotem, przełącznik sieciowy, router bezprzewodowy). Przyczyną tego zjawiska może być zastosowany w protokole TCP algorytm Nagle a [11. 11]. Łączy on kilka mniejszych komunikatów w jeden i wysyła je w jednym pakiecie: buforuje wysyłane komunikaty i dopiero po osiągnięciu przez bufor zadanej wielkości wysyła dane. Duża częstotliwość nadawania powodowała szybsze zapełnianie bufora. Takie działanie algorytmu nie zawsze jest pożądane, dlatego też możliwe jest wyłączenie algorytmu przy pomocy opcji NO_DELAY. Można również wnioskować, że zjawisko to jest powodowane przez automatyczny przydział przez system operacyjny większych zasobów dla zadań o większych wymaganiach. Uzyskane wyniki potwierdzają poprawność proponowanej metodologii oraz przydatność stanowisk doświadczalnych, zbudowanych z Emulatora i autorskich programów.

16 204 Literatura [11.1]. Fabijański P, Łagoda R., On-line PID Controller Tuning Using Genetic Algorithm and DSP PC Board, Proc. of the IEEE [11.2]. Rubaai A., Jerry J., dspace DSP-based Real-Time Implementation of Fuzzy Switching Bang-Bang Controller for Automation and Appliance Industry, Proc. of the IEEE [11.3]. Kielan P.: Aspekty sterowania urządzeniami mechatronicznymi przez Internet analiza protokołu TCP/IP. Praca doktorska, Politechnika Śląska, promotor prof. dr hab. inż. Krzysztof Kluszczyński, Gliwice 2011, [11.4]. Scherpe C., Wolfinger B.E., Salzmann I.: Model based network emulation to study the behavior and quality of real-time applications, Proc. of the Seventh IEEE International Symposium on Distributed Simulation and Real-Time Applications, [11.5]. Bradford R., Simmonds R., Unger B.: Packet reading for network emulation, Proc. of the Ninth International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication, [11.6]. Kaori Maeda, Masahide Ishino, Eitaro Kohno, Takashi Kishida: A Userland Network Emulator with Packet Capture and Replay, Proc. of the International Symposium on Applications and the Internet SAINT, [11.7]. Tao He, Luntian Peng: Application of Neuron Adaptive PID on DSPACE in Double Loop DC Motor Control System, Proc. of the International Conference on Computing, Control and Industrial, [11.8]. Ruibo Y., Chungeng S., Shaonan B., Zongcheng Z.: Analysis of Position Servo System of Pneumatic Manipulator Based on RBF Neural Network PID Control, Proc. of the International Conference on Web Information Systems and Mining, [11.9]. Min Z., Yunjian G., Shangfeng H., Yanhua J.: Experimental Analysis of Communication Quality of Teleoperation with Force Feedback via IP Network, Proc. of the International Conference on Integration Technology ICIT, [11.10]. Arranz M.G., Aguero R., Munoz L., Mahonen P.: Behavior of UDP- Based Applications over IEEE Wireless Networks, Proc. of the 12th International Symposium, Mobile Communications, [11.11]. Xiaoming Wang, David J. Parish: Optimized TCP Traffic Classification with Multiple Statistical Algorithms, Proc. of the International Conference on Information, Networking and Automation ICINA, 2010.