Caracterização da arquitectura de execução

Considerando que o motor do presente trabalho endereça a especificação de controlo para sistemas reactivos de tempo-real, importa definir uma arquitectura de referência para o controlador a utilizar, ou seja, para a plataforma a utilizar na execução do modelo a especificar.

Como referido, a caracterização do sistema é realizada em termos de um modelo comportamental recorrendo às RdP-R (posteriormente complementado com as RdR Reactivas e Hierárquicas).

A estrutura de controlador proposta é apresentada na Figura 2-5. Esta estrutura é uma “versão integrada” resultado das contribuições dos tradicionais controladores digitais, controladores lógicos programáveis e dos controladores difusos, adaptada de [Gomes & Steiger-Garção, 92] [Gomes & Steiger-Garção, 95a] [Gomes & Steiger-Garção, 95d].

codifica- ção difusa segmen- tação discreti- zação binari- zação descodificação difusa (valor difuso)

(multivalor)(numérico) (booleano)

Execução de modelos RdP Reactivas e RdP Reactivas e Hierárquicas (qualquer) (numérico) (numérico) mapea- mento Variáveis de entrada Variáveis de saída Sinais de entrada Sinais de saída Saídas Saídas Saídas Entradas Entradas Entradas Proces- samento Estado seguinte Estado actual Estado Estado Estado (valor difuso) (multivalor) (multivalor) (qualquer) Sinais de saída locais Sinais de saída remotos Sinais de saída externos Sinais de entrada locais Sinais de entradas remotos Sinais de entrada externos

Figura 2-5 - Estrutura de referência do controlador.

Consideram-se diferentes tipos de sinais de entrada e saída, divididos em três grupos, de acordo com a sua localização física e tipo de interligação ao controlador, nomeadamente:

• sinais locais, sob controlo directo do controlador;

• sinais remotos, controláveis através de subsistemas interligados ao controlador;

• sinais externos, controláveis através de outros controladores, acessíveis através de redes de comunicação.

A distinção entre entradas e saídas físicas e a sua representação computacional é realizada denominando os primeiros por sinais e a representação simbólica associada, por variáveis. A distinção é realmente significativa apenas para os tipos de sinais não elementares (difuso e multivalor, a apresentar posteriormente). Para os tipos de sinais elementares as duas classificações são utilizadas indistintamente.

Do ponto de vista do modelo RdP-R, os vários tipos de sinais são referidos de forma indistinta. Os procedimentos específicos para lhes ter acesso são dependentes das plataformas de suporte à sua execução. Como exemplos, utilizações típicas dos sinais externos incluem o suporte a aplicações

distribuídas e comunicações com sistemas SCADA21 _{e interfaces de utilizador; por seu lado, os sinais}

locais e remotos estarão, normalmente, ligados directamente ao processo a ser controlado.

O coração da estrutura proposta é responsável pela execução do modelo RdP-R, suportando a integração de formalismos distintos de especificação de controlo, como referido em capítulo anterior.

De um modo geral, as variáveis utilizadas por um controlador podem ser classificadas nos seguintes tipos [Albertos, 92] [Gomes & Steiger-Garção, 95a]:

• binárias (ou booleanas), podendo assumir um de dois valores;

• multivalor, em que o domínio de variação possível é segmentado em várias zonas, recebendo cada zona um identificador único;

• estocástico, quando a caracterização do sinal de entrada é uma variável aleatória estocástica;

• difuso, quando o sinal é caracterizado por um número de conjuntos difusos, identificados por valores linguísticos;

• discretas, quando a caracterização da amplitude do sinal é realizada por uma sequência de valores;

• contínuas, para os sinais que dependem do tempo (de modo contínuo).

Os últimos dois tipos enfatizam as dependências temporais dos sinais de modo tal que ficam fora das caracterizações de interesse para sistemas a eventos discretos.

Importa referir que as necessidades actuais de controlo de processos, ao colocarem novos desafios às técnicas de controlo, aliadas às capacidades de processamento suportadas pelas actuais tecnologias, tendem a considerar como sinais de interesse, para além dos já identificados, outros de natureza mais complexa.

Como exemplo significativo de trabalhos em curso neste enquadramento, refira-se o projecto ESPRIT 21017 INNOVA - “High Performance Telecontrol Station with Image and Sound Capabilities” (no qual o autor do presente trabalho participa e é responsável pela coordenação de dois dos onze

workpackages), cujo objectivo é o de especificar e desenvolver uma estação de telecontrolo e

telemedida para sistemas de tempo-real que, para além de considerar sinais convencionais, como os

sinais binários e analógicos, se processam sinais de som e de imagem (não do ponto de vista de uma estação multimédia, mas do ponto de vista de controlo industrial). No presente trabalho não são considerados estes tipos de sinais. Constitui, no entanto, uma área de trabalho de elevado interesse, que se tentará desenvolver no futuro próximo, para a qual não se conhecem formalismos de especificação e verificação completamente satisfatórios e em relação à qual a aplicação das RdP-R se apresenta com elevado potencial de adequação.

Neste trabalho são, pois, considerados os quatro primeiros tipos atrás referidos, nomeadamente binários, multivalor, estocásticos e difusos.

O primeiro tipo está associado aos sinais lógicos binários, os mais comuns, normalmente utilizados em sistemas digitais e de automação. Serão referidos na sua representação booleana através de “0” e “1”, podendo ser utilizada a representação simbólica de “verdade-falso” ou “ligado-desligado”. A sua representação interna utiliza um bit.

Os restantes três tipos (multivalor, estocástico e difuso) estão associados a sinais analógicos ou representados através de um código binário; necessitarão de ser processados por conversores analógico-digitais.

A aquisição de variáveis multivalor pode ser realizada através de processos software ou hardware. Uma variável de tipo multivalor corresponde a um tipo enumerado; a sua representação interna será realizada através de uma palavra com n bits, dependendo da sua cardinalidade e do código utilizado. No processo de aquisição, tabelas de índice ou circuitos implementados com comparadores podem ser utilizados, enquanto que no processo de activação se podem utilizar conversores digital-analógicos responsáveis pela produção de determinados níveis em função do código utilizado, isto é, do mapeamento de códigos em valores analógicos.

Um sinal difuso, associado com uma variável difusa ou linguística, possui associado um número (normalmente pequeno) de valores linguísticos que são interpretados como identificadores de conjuntos difusos, aos quais se associam funções de pertença difusa. A sua representação interna é composta por um conjunto de m tuplos, cada um dos quais associado com um valor linguístico. Cada tuplo é composto por uma palavra com n bits, representando o identificador, e por uma informação numérica codificando o valor de pertença. A aquisição de uma variável linguística pode ser realizada através de um processo hardware ou software; a caracterização e a implementação pode ser realizada tendo em conta um método específico de codificação difusa (também referido nalguma literatura por

conversão linguístico-numérica, mas normalmente designado por “fuzzificação22_{”), ver [Lee, 90], por}

exemplo. No processo de obtenção de um sinal a partir da variável linguística associada, diversos métodos de “defuzzificação23_{” ou de descodificação difusa podem ser utilizados [Lee, 90]; entre os}

exemplos mais comuns incluem-se os critérios de máximo, de média de máximos ou de centro de massas.

A aquisição e caracterização de sinais afectados por ruído aleatório pode ser realizada tomando uma de três atitudes:

• utilizar o seu valor numérico instantâneo;

• utilizar uma caracterização de variável multivalor, através da partição booleana do domínio do sinal; a caracterização probabilística do sinal de entrada permite obter a segmentação do espaço de entrada; alguns trabalhos na área de aprendizagem automática permitem obter os métodos adequados para essa caracterização [Moura-Pires, 93];

• utilizar uma caracterização de variável difusa, através da partição difusa do domínio do sinal; diferentes métodos podem ser utilizados para proceder à codificação difusa [Lee, 90] baseados em informação probabilística; as funções de pertença podem ser determinadas através de vários métodos, nomeadamente:

• semelhantes às funções de densidade de probabilidade;

• definidas por um triângulo isósceles, em que o vértice coincide com o ponto de média da informação recolhida e a base é igual a duas vezes o desvio padrão da distribuição;

• considerando as propostas de Dubois e Prade, em que a função de pertença é inferida a partir de um histograma obtido pela transformação da medida de probabilidade numa medida de possibilidade, utilizando o conceito de grau de necessidade.

22 _{Resultado da adaptação directa do termo “fuzzification”. Lamentavelmente, expressões alternativas,}

que permitiriam uma tradução mais tranquila, não se têm imposto. Como exemplo, refira-se “fuzzy encoder”, proposto por W. Pedrycz, permitindo a tradução para “codificador ou conversor difuso”.

23 _{Neste caso utilizou-se “descodificação difusa” como tradução para “defuzzification”, comummente}

realizada através de “defuzzificação” ou de “conversão numérico-linguística”, como também utilizado.

A representação interna associada aos valores numéricos referidos depende do tipo escolhido para a representação, sendo possíveis os tipos elementares normalmente utilizados para representar informação, nomeadamente inteiros e reais.

A Figura 2-6 apresenta a relação entre os quatro tipos de sinais e suas representações internas, em termos das técnicas de codificação aplicáveis. Para simplificação, na Figura 2-6, uma representação interna de tipo numérico pode corresponder a qualquer dos tipos de sinais apresentados.

booleano multivalor difuso estocástico simbólico difuso TIPOS DE SINAIS mapeamento segmentação codificação difusa numérico dependente de tipo: - inteiro

- real, ... _{- 1-bit (booleano)}

- n-bit (multivalor) - m tuplos (um para cada valor linguístico), cada um composto por:

- n-bit (identificador) - valor numérico (pertença)

...

REPRESENTAÇÃO INTERNA

ESTRUTURAS DE DADOS

Figura 2-6 - Tipos de sinais, sua representação interna e estruturas de dados associadas.

Considerando o tipo de sistemas que se pretendem modelar, é possível utilizar vectores de sinais (uni- ou multidimensionais) associados a um mesmo identificador, de modo a melhorar quer a legibilidade, quer o nível de compactação do modelo.