Gerenciamento do Consumo de Energia
Premissa 5. A realiza¸ c˜ ao do plano de atividade deve ocorrer preferen cialmente de forma ininterrupta.
4.4 AJUSTE DA DEMANDA DO SISTEMA
Esta se¸c˜ao trata da ´ultima parte do MGCEE. O ajuste da de- manda do sistema tem o objetivo de verificar continuamente se o tempo
necess´ario para a execu¸c˜ao dos pr´oximos MOs previstos pelo Plano de Trabalho s˜ao compat´ıveis com o tempo estimado da autonomia da bateria, definido pela equa¸c˜ao 4.16.
A premissa 2 e a defini¸c˜ao 3, listadas, respectivamente nas p´aginas 83 e 86, fornecem condi¸c˜oes para que o SCF seja descrito por no m´ınimo dois planos: Plano de Trabalho e Plano Seguro. Esse arranjo resulta em energias distintas que estabelecem um consumo m´ınimo, relativo ao Plano Seguro (EP l Seguro) e um consumo m´aximo, devido
ao Plano de Trabalho (EP l T rabalho). Esses n´ıveis s˜ao usados como
referˆencia na determina¸c˜ao dos valores de autonomia m´axima (ΔAmax)
e m´ınima (ΔAmin) respectivamente, conforme ilustra a figura 7.
Figura 7 – Limites de autonomia da bateria, considerando os planos de Trabalho e Seguro.
Com o prop´osito de garantir um valor m´ınimo de carga da bateria capaz de assegurar a execu¸c˜ao do Plano Seguro, faz-se necess´ario definir o valor da carga cr´ıtica da bateria (Qcrit):
Defini¸c˜ao 5. Carga cr´ıtica da bateria (Qcrit) representa o limite
m´ınimo de carga que deve ser preservada para que o Plano Seguro possa ser executado.
Esse valor deve ser no m´ınimo maior ou igual ao valor da Energia do Plano Seguro (EP l Seguro) (rela¸c˜ao 4.18).
Qcrit≥ EP l Seguro (4.18)
Para estabelecer o valor da carga cr´ıtica da bateria a partir da energia do Plano Seguro emprega-se a equa¸c˜ao 4.12 (p.87) que ao ser
reescrita usando a rela¸c˜ao 4.18 assume a estrutura indicada por 4.19.
Qcrit≥ (PP l Seguro) (tcrit) (4.19)
A existˆencia dos Planos de Trabalho e Seguro possibilitam que o SCF encontre um valor de autonomia pertencente ao intervalo definido pela rela¸c˜ao 4.20, antes que a condi¸c˜ao de carga cr´ıtica da bateria seja alcan¸cada.
ΔAmin ≤ ΔA ≤ ΔAmax (4.20)
Dessa forma, essa rela¸c˜ao pode ser utilizada para monitorar o consumo energ´etico do sistema. Em consequˆencia, a sua opera¸c˜ao ocorre dentro da faixa definida pelos limites m´ınimo e m´aximo de consumo, resultando no controle da autonomia da bateria.
Os pontos de intersec¸c˜ao que definem as retas de descarga s˜ao calculados segundo as equa¸c˜oes 4.21a e 4.21b.
ΔAmin(xmin, 0) = (
Q0− Qcrit
PP l T rabalho
, 0) (4.21a)
ΔAmax(xmax, 0) = (
Q0− Qcrit
PP l Seguro
, 0) (4.21b)
Onde: ΔAmin e ΔAmax indicam, respectivamente os pontos de in-
tersec¸c˜ao que definem as retas que delimitam a autonomia m´ınima e m´axima da bateria em segundos (s), PP l T rabalhoe PP l Seguroindicam
as potˆencias m´edias do Plano de Trabalho e do Plano Seguro respecti- vamente, em watt (W ), Q0 indica a capacidade real da bateria e Qcrit
representa o n´ıvel de carga cr´ıtico.
Para identificar os MOs compat´ıveis com a carga residual da bateria a equa¸c˜ao 4.15 (p.90) ´e reescrita no formato da equa¸c˜ao 4.22, adotando nomenclatura apropriada para auxiliar na referida explica¸c˜ao.
QR = QAnt+VΔt bat −PSEE− PM Op max+ n−1 i=1 PM Opi (4.22)
n = modos opera¸c˜ao ativos no Δt considerado
Onde: QR representa a carga residual atual da bateria, QAnt indica
a carga residual do intervalo anterior, PM Op max representa a potˆencia
do MO ativo de maior valor no respectivo intervalo de an´alise em (A),
PM Opi indica a potˆencia consumida pelo i´esimoMO ativo no intervalo de an´alise (excluindo o MO de maior valor), em (W ) e, Δt indica o
intervalo de an´alise, sendo um valor m´ultiplo inteiro do m´aximo per´ıodo comum (δ) em (s).
A equa¸c˜ao 4.22 ´e usada para determinar a carga residual da bateria (QR) ap´os a opera¸c˜ao do SCF em um intervalo de tempo Δt
conhecido.
A carga ´util residual da bateria para a continuidade da opera¸c˜ao do SCF ´e ent˜ao calculada subtraindo-se da carga residual, o valor da carga cr´ıtica (Qcrit). Considerando a premissa 2, descrita na p´agina 83,
tem-se que a atividade do SCF ´e organizada por “n” MOs. Supondo que ao logo do tempo (Δt), tenham-se executados “t” MOs tem-se que a potˆencia relativa `a atividade do agrupamento remanescente ´e definida pela equa¸c˜ao 4.23: PM Op f ut= n−t i=1 PM Opi (4.23)
Onde: PM Op f utindica a potˆencia m´edia total dos “n− t”MOs a serem
executados em watt (W ).
Com isso calcula-se a autonomia considerando o agrupamento dos “n− t” MOs. Para tanto emprega-se 4.24:
ΔA = QR− Qcrit
Ptotal n M Op
(4.24)
O valor da autonomia calculada pode definir uma das seguintes condi¸c˜oes:
Primeira Condi¸c˜ao:
Se ΔA≤ ΔAmax→ carga ´util residual suficiente (4.25)
O valor encontrado indica que o estado de carga da bateria comporta a atividade do conjunto dos “n− t” MOs. Ou seja, a carga ´
util residual ´e suficiente para suprir a potˆencia total requerida para o funcionamento de todos os MOs envolvidos na execu¸c˜ao do Plano de Trabalho em quest˜ao. A figura 8 ilustra a condi¸c˜ao descrita.
Segunda Condi¸c˜ao:
Se ΔA≥ ΔAmax→ carga ´util residual insuficiente (4.26)
Nessa situa¸c˜ao a autonomia requerida ´e superior `a autonomia m´axima, indicando que a carga residual da bateria n˜ao ´e suficiente
Figura 8 – Gr´afico ilustrativo da Primeira Condi¸c˜ao.
para suprir a necessidade de opera¸c˜ao dos MOs. Dessa forma, deve- se eliminar um modo de opera¸c˜ao do conjunto dos “n− t” MOs. Esse procedimento far´a com que o agrupamento seja reduzido para “n−t−1” MOs. O gr´afico da figura 9 representa esse cen´ario.
Figura 9 – Gr´afico ilustrativo da Segunda Condi¸c˜ao.
Uma vez reduzido o agrupamento, a potˆencia total requerida por essa nova circunstˆancia de opera¸c˜ao ´e menor que a potˆencia anterior. As express˜oes 4.27a, 4.27b e 4.27c apresentam matematicamente esse cen´ario. Ptot(n−t) = PM Op1 + PM Op2+· · · + PM Opn−t n−t parcelas (4.27a) Ptot(n−t−1) = PM Op1 + PM Op2+· · · + PM Opn−t−1 n−t−1 parcelas (4.27b) Ptot(n−t) > Ptot(n−t−1) (4.27c)
Para averiguar se o novo agrupamento atende `a Primeira Con-
di¸c˜ao, repetem-se os c´alculos aplicando-se as equa¸c˜oes 4.23 e 4.24 para “n− t − 1” MOs.
Ressalta-se que a op¸c˜ao de desativa¸c˜ao de um MO em detrimento `
a outro, ou seja, o arranjo dos MOs ´e uma quest˜ao que deve ser avaliada em tempo de projeto tendo como referˆencia o plano de trabalho, a fim de que a integridade do SCF seja assegurada.
4.5 CONSIDERA ¸C ˜OES
Este cap´ıtulo fez a apresenta¸c˜ao dos fundamentos de um conjunto de a¸c˜oes destinadas a promover o gerenciamento de energia em SCFs alimentados por baterias. O diferencial da proposta est´a no fato de que as a¸c˜oes envolvidas na estimativa do consumo, na avalia¸c˜ao do estado da bateria e no ajuste da demanda s˜ao integradas e execu- tadas via software. Com isso, dispensa-se o uso de instrumentos ou circuitos eletrˆonicos conversores, normalmente empregados nesse tipo de atividade. Dessa forma o MGCEE assemelha-se a um instrumento virtual que estima o consumo energ´etico do SCF para permitir que a¸c˜oes corretivas sejam tomadas. Essas a¸c˜oes evitar˜ao paradas indesej´aveis decorrentes da falta de carga da bateria.
O desenvolvimento do MGCEE fundamenta-se na hip´otese do Modo de Opera¸c˜ao para representar o estado ativo dos principais perif´ericos e dos respectivos softwares de controle. O modelo matem´a- tico desenvolvido considera a potˆencia do perif´erico, do processamento do software de controle e o tempo para quantificar a energia do MO.
As considera¸c˜oes acerca do modelo desenvolvido s˜ao resumidas a seguir:
3 Granularidade: a natureza gen´erica do modelo proposto permite que
a granularidade dos valores que comp˜oem o perfil energ´etico possa ser adequada `as necessidades da aplica¸c˜ao. As granularidades finas requerem que os dados relativos ao consumo do perif´erico e do processamento do software de controle sejam especificados com detalhamento suficiente, de maneira a atender tal necessidade.
3 Precis˜ao: nota-se que a quest˜ao cr´ıtica incide sobre: (i) o c´alculo da
potˆencia do processamento do software de controle e (ii) avalia¸c˜ao da capacidade da bateria.
xx (i) para determinar o valor da potˆencia relativa ao proces- samento do software de controle foi desenvolvida uma heur´ıstica
que inclui o parˆametro denominado de “Fator de Complexidade do
Software (Fsw)” cuja principal finalidade ´e considerar o acr´escimo
de processamento decorrente do n´ıvel de complexidade das opera- ¸c˜oes executadas pelo software. A solu¸c˜ao proposta para determi- nar esse fator ´e apresentada no cap´ıtulo 5, se¸c˜ao 5.1, sendo que ela tamb´em pode ser avaliada por um projetista com conhecimentos nesta ´area. Como se trata de um valor que depende de fatores que est˜ao relacionados `a arquitetura computacional, ao conjunto de instru¸c˜oes, aos acessos `a mem´oria e `a natureza dos dados de entrada, torna-se complexo o estabelecimento de m´etricas capazes de avaliar o efeito desse conjunto de fatores. Assim, a atribui¸c˜ao ou o c´alculo de um valor que represente a complexidade do
software inclui incertezas ao valor final da potˆencia do software.
xx(ii) o modelo matem´atico para determinar a capacidade resi- dual da bateria, foi desenvolvido de forma a satisfazer a proposta de que as etapas integrantes do MGCEE sejam todas executadas via software. Para atender tal requisito, desenvolveu-se um modelo matem´atico no qual os parˆametros indicativos do seu estado de carga eram extra´ıdos em uma etapa off-line para, posteriormente serem usados em tempo de execu¸c˜ao do MGCEE. Portanto, a proposta de avalia¸c˜ao do estado de carga da bateria n˜ao considera por exemplo, os efeitos qu´ımicos, da temperatura, longas paradas, entre outros que possam alterar a capacidade da bateria ao longo do seu funcionamento.
3 Complexidade: as equa¸c˜oes propostas pelo modelo empregam ope-
ra¸c˜oes elementares em conjunto com os dados capturados pelos sensores, que nesse tipo de sistema ´e um procedimento inerente ao seu funcionamento. Portanto, h´a indicativos de que a comple- xidade computacional do MGCEE ´e compat´ıvel com os requisitos temporais e de hardware pr´e-existentes.
Essa combina¸c˜ao, al´em de facilitar a sua utiliza¸c˜ao, permite a realimenta¸c˜ao das informa¸c˜oes `a medida de que novos detalhes sejam alterados ou inclu´ıdos no desenvolvimento do projeto.