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¿Cómo de robustos son los sistemas de control industrial? Los informáticos desarrollan un nuevo método de prueba

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¿Cómo reaccionan los sistemas de control industrial ante las perturbaciones? Para analizar la reacción a un tipo concreto de perturbación, causada por errores de cálculo, la profesora de informática de Saarbrücken Martina Maggio, en colaboración con investigadores de la Universidad de Lund (Suecia), ha desarrollado un nuevo enfoque que supera los métodos de prueba anteriores.

Su nuevo enfoque puede revelar que un sistema de control puede no ser tan robusto como se suponía, basándose en los puntos de referencia anteriores. Por su trabajo, el equipo de investigación recibió el "Premio al mejor artículo" en la internacionalmente conocida "Conferencia Euromicro sobre Sistemas en Tiempo Real (ECRTS)".

Los sistemas de control que supervisan el correcto funcionamiento de un dispositivo o de los componentes individuales de un sistema se utilizan en muchos lugares, ya sea en el control de la temperatura de un frigorífico en casa, en el control de crucero de un coche o en la supervisión de varios pasos de producción en una fábrica. En los tres ejemplos, un fallo del sistema de control tendría consecuencias negativas. "Por esta razón, estos sistemas son, por su diseño, robustos frente a diversas perturbaciones", dice la profesora de informática Martina Maggio, que enseña en la Universidad de Saarland desde 2020 y realiza investigaciones en la intersección de la ingeniería de sistemas de control y el diseño de sistemas informáticos.

Hasta ahora, la investigación se ha centrado principalmente en la estabilidad de los sistemas de control, es decir, cuántas pérdidas de señal puede soportar un sistema de este tipo antes de fallar por completo. "La estabilidad es un indicador importante de la robustez de un sistema de control, pero en nuestra opinión los análisis deberían ser más precisos. ¿Qué ocurre si un sensor o un actuador no deja de recibir una señal, pero el controlador "sólo" pierde su plazo y transmite la señal de control con un cierto retraso?", se pregunta el profesor.

Aquí es donde entra el grupo de investigación de Martina Maggio: A diferencia de los métodos anteriores, el nuevo enfoque del equipo internacional no sólo muestra si un sistema de control es a prueba de fallos o no, sino también en qué momento empieza a sufrir pérdidas de rendimiento. Los científicos también pueden determinar el tiempo que necesita un sistema para recuperar todo su potencial tras una caída de rendimiento.
"Gracias a esto, nuestro método puede revelar que un sistema de control puede no ser tan robusto como se suponía, basándose en los puntos de referencia anteriores. Esto se debe a que, antes de que un sistema falle por completo, pueden producirse comportamientos indeseables e incluso peligrosos, que pueden detectarse con nuestro método en una fase temprana y, por tanto, evitarse", afirma Martina Maggio.

La novedosa técnica de análisis es capaz de determinar exactamente cuántos "incumplimientos de plazos" puede tolerar un sistema de control antes de que su rendimiento se degrade más allá de un nivel aceptable. Esto también permite optimizar los sistemas. Puede utilizarse para decidir cuándo hay que invertir más recursos en la ejecución del sistema de control, para mantener el rendimiento. Pero también puede ayudar a descubrir dónde se está invirtiendo demasiado, y se podría ahorrar potencia de cálculo relajando los valores predeterminados. Los investigadores probaron su método con un conjunto de referencia compuesto por 133 sistemas, que se considera representativo de las plantas de control industrial. Así pudieron demostrar que el análisis de rendimiento que proponen es una aproximación válida al rendimiento del sistema en el mundo real.

Por este trabajo, que Martina Maggio inició en la Universidad de Lund y llevó a cabo en colaboración con sus estudiantes de doctorado Nils Vreman y Anton Cervin (ambos de la Universidad de Lund, Suecia), fueron galardonados conjuntamente con el "Best Paper Award" en la "Euromicro Conference on Real-Time Systems (ECRTS) 2021". El trabajo se realiza en el marco del proyecto ADMORPH de Horizonte 2020 de la Unión Europea (http://www.admorph.eu).

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