Simulation and control of dynamical systems on synchronized real-time systems

The purpose of this thesis is to simulate generic dynamical systems on a microcontroller running real-time operating system called Miosix and to control the simulated system through a controller implemented on another real-time operating system, namely Linux with with PREEMPT_RT patch. Unlike a physical dynamical system, the simulation result will diverge as the time shift will take place in the internal clocks of real-time systems. In order to compensate this, a synchronization algorithm is implemented based on FLOPSYNC-2 working through USB communication without requiring additional equipment. The simulation of the dynamical system is realized by integrating state-space equations of the systems. At each sampling time, algorithm implemented on Linux will measure the arrival time of the signal and apply time compensation in its local clock in order to successfully control simulated system while compensating the synchronization error occurring between two systems. Regarding time-synchronization, the clock of the microcontroller is accepted as master whereas the controller clock is assumed to be slave. For this reason, the compensation is done by correcting only the local time of controller.

Lo scopo di questa tesi è simulare sistemi dinamici generici su microcontrollore con un sistema operativo real-time, chiamato Miosix e controllare il sistema simulato attraverso un controllore implementato su un altro sistema operativo real-time, vale a dire Linux con patch PREEMPT_RT. A differenza di un sistema dinamico fisico, il risultato della simulazione divergerà man mano che si verificherà il time shift negli orologi interni dei sistemi in tempo reale. Per compensare ciò, viene implementato un algoritmo di sincronizzazione basato su FLOPSYNC-2 [1] che funziona attraverso la comunicazione USB senza richiedere apparecchiature aggiuntive. La simulazione del sistema dinamico è realizzata da integrazione delle equazioni dello spazio degli stati dei sistemi. Ad ogni tempo di campionamento, algoritmo implementato su Linux misurerà il tempo di arrivo del segnale e applicherà la compensazione del tempo nel suo orologio locale per controllare con successo il sistema simulato mentre compensa il errore di sincronizzazione che si verifica tra due sistemi. Per quanto riguarda la sincronizzazione temporale, l’orologio del microcontrollore è accettato come master mentre l’orologio del controller è considerato slave. Per questo motivo, la compensazione viene eseguita correggendo solo l’ora locale del controllore su Linux.