Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS |
Texto Completo: | http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9046 |
Resumo: | Esta Dissertação propõe uma síntese sistemática do controlador considerando as não linearidades de um manipulador robótico planar através de otimização semidefinida. A ideia fundamental é representar a orientação do corpo em termos de quatérnions e acomodar o sistema numa representação algébrico-diferencial. Esta abordagem permite analisar e sintetizar o controlador assumindo um problema de otimização convexo sujeito a desigualdades matriciais lineares, a fim de garantir a estabilidade assintótica e exponencial de malha fechada. Neste método, nenhuma linearização é necessária e a adição de condições extras ao projeto de controle torna-se mais simples. Este método é capaz de fornecer garantias teóricas rigorosas considerando a dinâmica não linear envolvida em um sistema de manipulador robótico, sem recorrer a qualquer tipo de linearização ou aproximação. Além disso, o framework proposto, que é baseado em desigualdades matriciais lineares, é altamente versátil para extensões. Para demonstrar este ponto, esta Dissertação também aborda a saturação de entrada no projeto de controle. Exemplos numéricos do manipulador robótico não-linear de 2 elos com e sem saturação de entrada são fornecidos para ilustrar o método proposto. |
id |
P_RS_f90ce557f8d9888b61ea4f457bef6716 |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:tede2.pucrs.br:tede/9046 |
network_acronym_str |
P_RS |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS |
repository_id_str |
|
spelling |
Castro, Rafael da Silveirahttp://lattes.cnpq.br/0072513214921827Salton, Aurélio Tergolinahttp://lattes.cnpq.br/7181063742089743http://lattes.cnpq.br/5761274502382912Saraiva, Eduardo Scheffer2019-11-29T12:41:10Z2019-08-30http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9046Esta Dissertação propõe uma síntese sistemática do controlador considerando as não linearidades de um manipulador robótico planar através de otimização semidefinida. A ideia fundamental é representar a orientação do corpo em termos de quatérnions e acomodar o sistema numa representação algébrico-diferencial. Esta abordagem permite analisar e sintetizar o controlador assumindo um problema de otimização convexo sujeito a desigualdades matriciais lineares, a fim de garantir a estabilidade assintótica e exponencial de malha fechada. Neste método, nenhuma linearização é necessária e a adição de condições extras ao projeto de controle torna-se mais simples. Este método é capaz de fornecer garantias teóricas rigorosas considerando a dinâmica não linear envolvida em um sistema de manipulador robótico, sem recorrer a qualquer tipo de linearização ou aproximação. Além disso, o framework proposto, que é baseado em desigualdades matriciais lineares, é altamente versátil para extensões. Para demonstrar este ponto, esta Dissertação também aborda a saturação de entrada no projeto de controle. Exemplos numéricos do manipulador robótico não-linear de 2 elos com e sem saturação de entrada são fornecidos para ilustrar o método proposto.This Dissertation proposes a systematic control design procedure for planar robotic manipulator systems via semidefinite programming. The fundamental idea is to represent the body orientation in terms of quaternions and to express the system equations of motion in the differentialalgebraic representation. This approach allows us to synthesize a state feedback controller by a convex optimization problem subject to Linear Matrix Inequalities, in order to ensure the closed-loop asymptotic and exponential stability. This method is able to provide rigorous theoretical guarantees considering the nonlinear dynamics involved in a robotic manipulator system, without resorting to any kind of linearization or approximation. Furthermore, the proposed framework, which is based on linear matrix inequalities, is highly versatile for extensions. To demonstrate this point, this Dissertation also addresses the control input saturation in the control design. Numerical examples of the nonlinear 2-link robotic manipulator with and without input saturation are provided to illustrate our proposed method.Submitted by PPG Engenharia Elétrica (engenharia.pg.eletrica@pucrs.br) on 2019-11-19T18:09:18Z No. of bitstreams: 1 EDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf: 2164593 bytes, checksum: 8ec9a48068b52aa261eda5e5a2519591 (MD5)Rejected by Sheila Dias (sheila.dias@pucrs.br), reason: Devolvido devido haver contradição no título. Na folha da banca não tem a palavra "planar", e nos outros títulos da capa institucional, folha de rosto e ficha catalográfica há esta palavra. on 2019-11-21T12:56:39Z (GMT)Submitted by PPG Engenharia Elétrica (engenharia.pg.eletrica@pucrs.br) on 2019-11-28T17:15:57Z No. of bitstreams: 1 EDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf: 2164509 bytes, checksum: e566f4b44bf4ad27ac29aed9d79fe069 (MD5)Approved for entry into archive by Sarajane Pan (sarajane.pan@pucrs.br) on 2019-11-29T12:25:38Z (GMT) No. of bitstreams: 1 EDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf: 2164509 bytes, checksum: e566f4b44bf4ad27ac29aed9d79fe069 (MD5)Made available in DSpace on 2019-11-29T12:41:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf: 2164509 bytes, checksum: e566f4b44bf4ad27ac29aed9d79fe069 (MD5) Previous issue date: 2019-08-30application/pdfhttp://tede2.pucrs.br:80/tede2/retrieve/177331/EDUARDO%20SCHEFFER%20SARAIVA_DIS.pdf.jpgengPontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaPUCRSBrasilEscola PolitécnicaQuaternionsDifferential Algebraic RepresentationLinear Matrix InequalitiesInput SaturationRobotic ManipulatorNewton-Euler AlgorithmQuatérnionsRepresentação Diferencial-AlgébricaDesigualdade Matriciais LinearesSaturação de EntradaManipuladores RobóticosAlgoritmo Newton-EulerENGENHARIASControl design for robotic manipulator systems subject to saturating actuatorsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTrabalho não apresenta restrição para publicação-2660504109272820295005004518971056484826825info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RSinstname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)instacron:PUC_RSTHUMBNAILEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf.jpgEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf.jpgimage/jpeg5547http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/6/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdf.jpg372be97cbf1f159eee54286335e9fd8dMD56TEXTEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf.txtEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdf.txttext/plain91705http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/5/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdf.txt837bb8550cd68863b8e98ad0c21c7c98MD55ORIGINALEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdfEDUARDO SCHEFFER SARAIVA_DIS.pdfapplication/pdf2164509http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/4/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdfe566f4b44bf4ad27ac29aed9d79fe069MD54LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-8590http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/3/license.txt220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24MD53tede/90462019-11-29 12:00:43.178oai:tede2.pucrs.br:tede/9046QXV0b3JpemE/P28gcGFyYSBQdWJsaWNhPz9vIEVsZXRyP25pY2E6IENvbSBiYXNlIG5vIGRpc3Bvc3RvIG5hIExlaSBGZWRlcmFsIG4/OS42MTAsIGRlIDE5IGRlIGZldmVyZWlybyBkZSAxOTk4LCBvIGF1dG9yIEFVVE9SSVpBIGEgcHVibGljYT8/byBlbGV0cj9uaWNhIGRhIHByZXNlbnRlIG9icmEgbm8gYWNlcnZvIGRhIEJpYmxpb3RlY2EgRGlnaXRhbCBkYSBQb250aWY/Y2lhIFVuaXZlcnNpZGFkZSBDYXQ/bGljYSBkbyBSaW8gR3JhbmRlIGRvIFN1bCwgc2VkaWFkYSBhIEF2LiBJcGlyYW5nYSA2NjgxLCBQb3J0byBBbGVncmUsIFJpbyBHcmFuZGUgZG8gU3VsLCBjb20gcmVnaXN0cm8gZGUgQ05QSiA4ODYzMDQxMzAwMDItODEgYmVtIGNvbW8gZW0gb3V0cmFzIGJpYmxpb3RlY2FzIGRpZ2l0YWlzLCBuYWNpb25haXMgZSBpbnRlcm5hY2lvbmFpcywgY29ucz9yY2lvcyBlIHJlZGVzID9zIHF1YWlzIGEgYmlibGlvdGVjYSBkYSBQVUNSUyBwb3NzYSBhIHZpciBwYXJ0aWNpcGFyLCBzZW0gP251cyBhbHVzaXZvIGFvcyBkaXJlaXRvcyBhdXRvcmFpcywgYSB0P3R1bG8gZGUgZGl2dWxnYT8/byBkYSBwcm9kdT8/byBjaWVudD9maWNhLgo=Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://tede2.pucrs.br/tede2/PRIhttps://tede2.pucrs.br/oai/requestbiblioteca.central@pucrs.br||opendoar:2019-11-29T14:00:43Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
title |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
spellingShingle |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators Saraiva, Eduardo Scheffer Quaternions Differential Algebraic Representation Linear Matrix Inequalities Input Saturation Robotic Manipulator Newton-Euler Algorithm Quatérnions Representação Diferencial-Algébrica Desigualdade Matriciais Lineares Saturação de Entrada Manipuladores Robóticos Algoritmo Newton-Euler ENGENHARIAS |
title_short |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
title_full |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
title_fullStr |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
title_full_unstemmed |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
title_sort |
Control design for robotic manipulator systems subject to saturating actuators |
author |
Saraiva, Eduardo Scheffer |
author_facet |
Saraiva, Eduardo Scheffer |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Castro, Rafael da Silveira |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/0072513214921827 |
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Salton, Aurélio Tergolina |
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7181063742089743 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5761274502382912 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Saraiva, Eduardo Scheffer |
contributor_str_mv |
Castro, Rafael da Silveira Salton, Aurélio Tergolina |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Quaternions Differential Algebraic Representation Linear Matrix Inequalities Input Saturation Robotic Manipulator Newton-Euler Algorithm |
topic |
Quaternions Differential Algebraic Representation Linear Matrix Inequalities Input Saturation Robotic Manipulator Newton-Euler Algorithm Quatérnions Representação Diferencial-Algébrica Desigualdade Matriciais Lineares Saturação de Entrada Manipuladores Robóticos Algoritmo Newton-Euler ENGENHARIAS |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Quatérnions Representação Diferencial-Algébrica Desigualdade Matriciais Lineares Saturação de Entrada Manipuladores Robóticos Algoritmo Newton-Euler |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS |
description |
Esta Dissertação propõe uma síntese sistemática do controlador considerando as não linearidades de um manipulador robótico planar através de otimização semidefinida. A ideia fundamental é representar a orientação do corpo em termos de quatérnions e acomodar o sistema numa representação algébrico-diferencial. Esta abordagem permite analisar e sintetizar o controlador assumindo um problema de otimização convexo sujeito a desigualdades matriciais lineares, a fim de garantir a estabilidade assintótica e exponencial de malha fechada. Neste método, nenhuma linearização é necessária e a adição de condições extras ao projeto de controle torna-se mais simples. Este método é capaz de fornecer garantias teóricas rigorosas considerando a dinâmica não linear envolvida em um sistema de manipulador robótico, sem recorrer a qualquer tipo de linearização ou aproximação. Além disso, o framework proposto, que é baseado em desigualdades matriciais lineares, é altamente versátil para extensões. Para demonstrar este ponto, esta Dissertação também aborda a saturação de entrada no projeto de controle. Exemplos numéricos do manipulador robótico não-linear de 2 elos com e sem saturação de entrada são fornecidos para ilustrar o método proposto. |
publishDate |
2019 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2019-11-29T12:41:10Z |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2019-08-30 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9046 |
url |
http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9046 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
language |
eng |
dc.relation.program.fl_str_mv |
-266050410927282029 |
dc.relation.confidence.fl_str_mv |
500 500 |
dc.relation.cnpq.fl_str_mv |
4518971056484826825 |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
PUCRS |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Escola Politécnica |
publisher.none.fl_str_mv |
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS instname:Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS) instacron:PUC_RS |
instname_str |
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS) |
instacron_str |
PUC_RS |
institution |
PUC_RS |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/6/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdf.jpg http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/5/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdf.txt http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/4/EDUARDO+SCHEFFER+SARAIVA_DIS.pdf http://tede2.pucrs.br/tede2/bitstream/tede/9046/3/license.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
372be97cbf1f159eee54286335e9fd8d 837bb8550cd68863b8e98ad0c21c7c98 e566f4b44bf4ad27ac29aed9d79fe069 220e11f2d3ba5354f917c7035aadef24 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS - Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS) |
repository.mail.fl_str_mv |
biblioteca.central@pucrs.br|| |
_version_ |
1799765343487393792 |