Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Marcio Ferraz Gobato
Data de Publicação: 2006
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04
Resumo: O objetivo deste trabalho é estudar e comparar dois métodos de projeto do Controle Clássico (Uma Entrada, Uma Saída) com três métodos de projeto do Controle Moderno (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados. Este trabalho tem como primeira aplicação a Plataforma Multimissão - PMM correntemente em desenvolvimento no INPE. Os modelos são desenvolvidos considerando uma aproximação da sua configuração no Modo Nominal, onde o controle e estabilização em 3 eixos usa atuadores rodas a reação. São consideradas as condições onde as três rodas de reação instaladas em paralelo aos eixos principais de inércia do satélite estão funcionando normalmente (fraco acoplamento), bem como a condição onde uma dessas rodas de reação apresenta falha e é substituída pela quarta roda instalada simetricamente a essas três (forte acoplamento). Os métodos clássicos de Projeto por Resposta no Tempo e por Pólos Dominantes das Leis Proporcional mais Derivativa PD, e Proporcional mais Integral mais Derivativa - PID são estudados e comparados com os métodos modernos de Síntese por Alocação de Pólos - PP, Projeto por Regulador Linear Quadrático LQR, e Rastreador Linear Quadrático Sub-ótimo R_LQR. A modelagem e a simulação do problema são feitas no ambiente de desenvolvimento MatrixX®. O resultado das simulações confirmou os benefícios do controle multivariável sobre o controle monovariáve l aplicado a plantas que apresentam um forte acoplamento entre as variáveis de estado às custas da sua maior complexidade de projeto e implementação.
id INPE_d480c1b69a2e2d600dbed8999a234eb3
oai_identifier_str oai:urlib.net:sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04.40-0
network_acronym_str INPE
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
spelling info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisControles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acopladosMonovariable and multivariable controls applied to weakly or strongly coupled aerospace systems2006-04-20Marcelo Lopes de Oliveira e SouzaAdenilson Roberto da SilvaHenrique Mohallem PaivaGilberto da Cunha TrivelatoMarcio Ferraz GobatoInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e ControleINPEBRSistemas aeroespaciaiscontrole automáticocontrole de atitude de satélitesprojeto de sistemas de controleuma entrada uma saída (sitemas de controle)acoplamentoacoplamento giroscópicoaerospace systemsamtomatic controlsatellite arritude controlcontrol systems designSISO (control systems)couplinggyrascopic couplingO objetivo deste trabalho é estudar e comparar dois métodos de projeto do Controle Clássico (Uma Entrada, Uma Saída) com três métodos de projeto do Controle Moderno (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados. Este trabalho tem como primeira aplicação a Plataforma Multimissão - PMM correntemente em desenvolvimento no INPE. Os modelos são desenvolvidos considerando uma aproximação da sua configuração no Modo Nominal, onde o controle e estabilização em 3 eixos usa atuadores rodas a reação. São consideradas as condições onde as três rodas de reação instaladas em paralelo aos eixos principais de inércia do satélite estão funcionando normalmente (fraco acoplamento), bem como a condição onde uma dessas rodas de reação apresenta falha e é substituída pela quarta roda instalada simetricamente a essas três (forte acoplamento). Os métodos clássicos de Projeto por Resposta no Tempo e por Pólos Dominantes das Leis Proporcional mais Derivativa PD, e Proporcional mais Integral mais Derivativa - PID são estudados e comparados com os métodos modernos de Síntese por Alocação de Pólos - PP, Projeto por Regulador Linear Quadrático LQR, e Rastreador Linear Quadrático Sub-ótimo R_LQR. A modelagem e a simulação do problema são feitas no ambiente de desenvolvimento MatrixX®. O resultado das simulações confirmou os benefícios do controle multivariável sobre o controle monovariáve l aplicado a plantas que apresentam um forte acoplamento entre as variáveis de estado às custas da sua maior complexidade de projeto e implementação.This work intends to study and compare two Classical (Single Input Single Output) Control design methods and three Modern (Multiple Input Multiple Output) Control design methods applied to weakly or heavily coupled aerospace systems. This work has as first application the Multi-Mission Platform - MMP currently under development at INPE. The models are developed considering an approximation of its configuration in the Nominal Mode, where it is controlled and stabilized in 3 axes through reaction wheels. The conditions where all three reaction wheels, installed in parallel to the principal axes of inertia of the satellite, are working properly (weak coupling), as well as the condition where failures occur to one of these reaction wheels and it is replaced by the fourth wheel installed symmetrically to the other three (strong coupling) are considered. The classical methods of Design by Time Response and by Dominant Poles of Proportional plus Derivative PD and Proportional plus Integral plus Derivative - PID control laws, are studied and compared with the modern methods of Synthesis by Pole Placement, Design by Linear Quadratic Regulator (LQR), and Design by Suboptimum Linear Quadratic Tracking R_LQR. Modeling and simulation of the mathematical problem are performed in the MatrixX® environment.The simulation results have shown the benefits of the Modern Control (MIMO) over the Classic Control (SISO) methods when applied to strongly coupled systems, at the cost of its greater complexity of design and implementation.http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:52:21Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04.40-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:52:21.604Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false
dc.title.pt.fl_str_mv Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
dc.title.alternative.en.fl_str_mv Monovariable and multivariable controls applied to weakly or strongly coupled aerospace systems
title Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
spellingShingle Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
Marcio Ferraz Gobato
title_short Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
title_full Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
title_fullStr Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
title_full_unstemmed Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
title_sort Controles monovariáveis e multivariáveis aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados
author Marcio Ferraz Gobato
author_facet Marcio Ferraz Gobato
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Adenilson Roberto da Silva
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Henrique Mohallem Paiva
dc.contributor.referee3.fl_str_mv Gilberto da Cunha Trivelato
dc.contributor.author.fl_str_mv Marcio Ferraz Gobato
contributor_str_mv Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
Adenilson Roberto da Silva
Henrique Mohallem Paiva
Gilberto da Cunha Trivelato
dc.description.abstract.por.fl_txt_mv O objetivo deste trabalho é estudar e comparar dois métodos de projeto do Controle Clássico (Uma Entrada, Uma Saída) com três métodos de projeto do Controle Moderno (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados. Este trabalho tem como primeira aplicação a Plataforma Multimissão - PMM correntemente em desenvolvimento no INPE. Os modelos são desenvolvidos considerando uma aproximação da sua configuração no Modo Nominal, onde o controle e estabilização em 3 eixos usa atuadores rodas a reação. São consideradas as condições onde as três rodas de reação instaladas em paralelo aos eixos principais de inércia do satélite estão funcionando normalmente (fraco acoplamento), bem como a condição onde uma dessas rodas de reação apresenta falha e é substituída pela quarta roda instalada simetricamente a essas três (forte acoplamento). Os métodos clássicos de Projeto por Resposta no Tempo e por Pólos Dominantes das Leis Proporcional mais Derivativa PD, e Proporcional mais Integral mais Derivativa - PID são estudados e comparados com os métodos modernos de Síntese por Alocação de Pólos - PP, Projeto por Regulador Linear Quadrático LQR, e Rastreador Linear Quadrático Sub-ótimo R_LQR. A modelagem e a simulação do problema são feitas no ambiente de desenvolvimento MatrixX®. O resultado das simulações confirmou os benefícios do controle multivariável sobre o controle monovariáve l aplicado a plantas que apresentam um forte acoplamento entre as variáveis de estado às custas da sua maior complexidade de projeto e implementação.
dc.description.abstract.eng.fl_txt_mv This work intends to study and compare two Classical (Single Input Single Output) Control design methods and three Modern (Multiple Input Multiple Output) Control design methods applied to weakly or heavily coupled aerospace systems. This work has as first application the Multi-Mission Platform - MMP currently under development at INPE. The models are developed considering an approximation of its configuration in the Nominal Mode, where it is controlled and stabilized in 3 axes through reaction wheels. The conditions where all three reaction wheels, installed in parallel to the principal axes of inertia of the satellite, are working properly (weak coupling), as well as the condition where failures occur to one of these reaction wheels and it is replaced by the fourth wheel installed symmetrically to the other three (strong coupling) are considered. The classical methods of Design by Time Response and by Dominant Poles of Proportional plus Derivative PD and Proportional plus Integral plus Derivative - PID control laws, are studied and compared with the modern methods of Synthesis by Pole Placement, Design by Linear Quadratic Regulator (LQR), and Design by Suboptimum Linear Quadratic Tracking R_LQR. Modeling and simulation of the mathematical problem are performed in the MatrixX® environment.The simulation results have shown the benefits of the Modern Control (MIMO) over the Classic Control (SISO) methods when applied to strongly coupled systems, at the cost of its greater complexity of design and implementation.
description O objetivo deste trabalho é estudar e comparar dois métodos de projeto do Controle Clássico (Uma Entrada, Uma Saída) com três métodos de projeto do Controle Moderno (Múltiplas Entradas, Múltiplas Saídas) aplicados a sistemas aeroespaciais fracamente ou fortemente acoplados. Este trabalho tem como primeira aplicação a Plataforma Multimissão - PMM correntemente em desenvolvimento no INPE. Os modelos são desenvolvidos considerando uma aproximação da sua configuração no Modo Nominal, onde o controle e estabilização em 3 eixos usa atuadores rodas a reação. São consideradas as condições onde as três rodas de reação instaladas em paralelo aos eixos principais de inércia do satélite estão funcionando normalmente (fraco acoplamento), bem como a condição onde uma dessas rodas de reação apresenta falha e é substituída pela quarta roda instalada simetricamente a essas três (forte acoplamento). Os métodos clássicos de Projeto por Resposta no Tempo e por Pólos Dominantes das Leis Proporcional mais Derivativa PD, e Proporcional mais Integral mais Derivativa - PID são estudados e comparados com os métodos modernos de Síntese por Alocação de Pólos - PP, Projeto por Regulador Linear Quadrático LQR, e Rastreador Linear Quadrático Sub-ótimo R_LQR. A modelagem e a simulação do problema são feitas no ambiente de desenvolvimento MatrixX®. O resultado das simulações confirmou os benefícios do controle multivariável sobre o controle monovariáve l aplicado a plantas que apresentam um forte acoplamento entre as variáveis de estado às custas da sua maior complexidade de projeto e implementação.
publishDate 2006
dc.date.issued.fl_str_mv 2006-04-20
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
status_str publishedVersion
format masterThesis
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04
url http://urlib.net/sid.inpe.br/MTC-m13@80/2006/06.30.18.04
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
dc.publisher.initials.fl_str_mv INPE
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
publisher.none.fl_str_mv Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
instname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
instacron:INPE
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
instname_str Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
instacron_str INPE
institution INPE
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
repository.mail.fl_str_mv
publisher_program_txtF_mv Programa de Pós-Graduação do INPE em Mecânica Espacial e Controle
contributor_advisor1_txtF_mv Marcelo Lopes de Oliveira e Souza
_version_ 1706809346893021184

Registros relacionados