Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2021 |
Outros Autores: | |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
Texto Completo: | http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17814 |
Resumo: | This dissertation considers the trajectory control problem of a surface marine vessel for its dynamic positioning with the tracking of a prespecified trajectory under the action of unknown environmental disturbances. The dynamic model of the system and its properties are developed to allow the control design. The vessel dynamics is nonlinear, thus, feedback linearization was implemented to remove nonlinearities and facilitate the application of controllers. Four controls for trajectory tracking have been considered. The first controller was the Proportional-Derivative (PD), that is a widely used controller and is of easy implementation. The second controller was the Proportional-Integral-Derivative (PID) controller which is also easy to implement and has an integral action that mitigates the residual error present in the PD controller. The third is a Sliding Mode Control (SMC). Na advantage over previous controllers is that the SMC is superior in relation to disturbance rejection, is robust to parameter variation and has a simple implementation. The Unit Vector SMC (UVC) was implemented, which is convenient for multivariable systems. The fourth controller is an Adaptive SMC. It allows trajectory tracking without the knowledge of the amplitude of environmental disturbances. Using the equivalent approximated averaging filters allows the disturbances to be estimated from low-frequency components of the control signal. Simulations of the disturbances and controllers for trajectory tracking presented in this Dissertation allow a fair comparison of these strategies. |
id |
UERJ_f4272a426fd53cc5d07c8f319b81c75f |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:www.bdtd.uerj.br:1/17814 |
network_acronym_str |
UERJ |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
repository_id_str |
2903 |
spelling |
Cunha, José Paulo Vilela Soares dahttp://lattes.cnpq.br/2407263646297606Rosa, Paula Bastos Garciahttp://lattes.cnpq.br/8062204603268423Oliveira, Tiago Roux dehttp://lattes.cnpq.br/2236381891580848Costa, Ramon Romankeviciushttp://lattes.cnpq.br/7179082749910428http://lattes.cnpq.br/3125139477428877Barbas, Vinicius Machadovinicius.m.barbas@gmail.com2022-05-26T17:31:18Z2021-11-11BARBAS, Vinicius Machado. Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17814This dissertation considers the trajectory control problem of a surface marine vessel for its dynamic positioning with the tracking of a prespecified trajectory under the action of unknown environmental disturbances. The dynamic model of the system and its properties are developed to allow the control design. The vessel dynamics is nonlinear, thus, feedback linearization was implemented to remove nonlinearities and facilitate the application of controllers. Four controls for trajectory tracking have been considered. The first controller was the Proportional-Derivative (PD), that is a widely used controller and is of easy implementation. The second controller was the Proportional-Integral-Derivative (PID) controller which is also easy to implement and has an integral action that mitigates the residual error present in the PD controller. The third is a Sliding Mode Control (SMC). Na advantage over previous controllers is that the SMC is superior in relation to disturbance rejection, is robust to parameter variation and has a simple implementation. The Unit Vector SMC (UVC) was implemented, which is convenient for multivariable systems. The fourth controller is an Adaptive SMC. It allows trajectory tracking without the knowledge of the amplitude of environmental disturbances. Using the equivalent approximated averaging filters allows the disturbances to be estimated from low-frequency components of the control signal. Simulations of the disturbances and controllers for trajectory tracking presented in this Dissertation allow a fair comparison of these strategies.Esta Dissertação aborda o problema de controle de uma embarcação marítima de superfície considerando-se o posicionamento dinâmico da mesma com rastreamento de trajetória predeterminada sujeita a perturbações ambientais desconhecidas. O modelo dinâmico do sistema e suas propriedades são desenvolvidos para permitir o projeto do controle. Como a dinâmica da embarcação é não-linear, foi implementado um controle de linearização por realimentação para o cancelamento das não-linearidades e facilitar a aplicação dos controladores. Foram considerados quatro tipos de controles para o rastreamento de trajetória. O primeiro controlador considerado foi o Proporcional-Derivativo (PD), por ser um controlador muito utilizado e de fácil implementação. O segundo controlador considerado foi o controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) que, assim como o PD, é de fácil implementação e conta com uma ação integral para mitigar o erro residual que se apresenta no controlador PD. O terceiro controlador considerado é uma variação do Controlador por Modo Deslizante (SMC). A vantagem em relação aos outros controladores apresentados anteriormente é que o controle por modo deslizante é superior em relação a rejeição de perturbações, robustez a variação de parâmetros e tem uma implementação simples. Foi implementado o SMC Vetorial Unitário (UVC) que é conveniente para sistemas multivariáveis como é o caso analisado. A dificuldade deste controle é a necessidade do conhecimento de um majorante da perturbação ou estipulá-la de forma conservadora no projeto do controle. O quarto controlador e contribuição desta Dissertação, é o Controle por Modos Deslizantes Adaptativo (SMC Adaptativo). Este realiza o rastreamento de trajetória da embarcação sem a necessidade de conhecimento da amplitude das perturbações ambientais, onde há adaptação a partir do controle equivalente utilizando um filtro de média que estima as perturbações a partir de componentes de baixa frequência do sinal de controle. Em seguida são feitas simulações das perturbações e dos controladores para o rastreamento de trajetória apresentados nesta Dissertação para possibilitar sua comparação.Submitted by Julia CTC/B (julia.vieira@uerj.br) on 2022-05-26T17:31:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Vinicius Machado Barbas - 2021 - Completo.pdf: 2731331 bytes, checksum: 9446e8a2ae9227b5e4ed703e29fc27e0 (MD5)Made available in DSpace on 2022-05-26T17:31:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Vinicius Machado Barbas - 2021 - Completo.pdf: 2731331 bytes, checksum: 9446e8a2ae9227b5e4ed703e29fc27e0 (MD5) Previous issue date: 2021-11-11application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia EletrônicaUERJBrasilCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaElectronic engineeringControl system adjustableNonlinear systemsPID controllersEngenharia eletrônicaSistemas de controle ajustávelSistemas não-linearesControladores PIDENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOSControle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientaisAdaptive sliding mode control applied to trajectory tracking for a vessel subject to environmental disturbancesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALDissertação - Vinicius Machado Barbas - 2021 - Completo.pdfDissertação - Vinicius Machado Barbas - 2021 - Completo.pdfapplication/pdf2731331http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17814/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Vinicius+Machado+Barbas+-+2021+-+Completo.pdf9446e8a2ae9227b5e4ed703e29fc27e0MD52LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82123http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17814/1/license.txte5502652da718045d7fcd832b79fca29MD511/178142024-02-27 15:16:49.516oai:www.bdtd.uerj.br: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Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:16:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false |
dc.title.por.fl_str_mv |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv |
Adaptive sliding mode control applied to trajectory tracking for a vessel subject to environmental disturbances |
title |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
spellingShingle |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais Barbas, Vinicius Machado Electronic engineering Control system adjustable Nonlinear systems PID controllers Engenharia eletrônica Sistemas de controle ajustável Sistemas não-lineares Controladores PID ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS |
title_short |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
title_full |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
title_fullStr |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
title_full_unstemmed |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
title_sort |
Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais |
author |
Barbas, Vinicius Machado |
author_facet |
Barbas, Vinicius Machado vinicius.m.barbas@gmail.com |
author_role |
author |
author2 |
vinicius.m.barbas@gmail.com |
author2_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Cunha, José Paulo Vilela Soares da |
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2407263646297606 |
dc.contributor.advisor2.fl_str_mv |
Rosa, Paula Bastos Garcia |
dc.contributor.advisor2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8062204603268423 |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Oliveira, Tiago Roux de |
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/2236381891580848 |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Costa, Ramon Romankevicius |
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7179082749910428 |
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3125139477428877 |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Barbas, Vinicius Machado vinicius.m.barbas@gmail.com |
contributor_str_mv |
Cunha, José Paulo Vilela Soares da Rosa, Paula Bastos Garcia Oliveira, Tiago Roux de Costa, Ramon Romankevicius |
dc.subject.eng.fl_str_mv |
Electronic engineering Control system adjustable Nonlinear systems PID controllers |
topic |
Electronic engineering Control system adjustable Nonlinear systems PID controllers Engenharia eletrônica Sistemas de controle ajustável Sistemas não-lineares Controladores PID ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Engenharia eletrônica Sistemas de controle ajustável Sistemas não-lineares Controladores PID |
dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::ELETRONICA INDUSTRIAL, SISTEMAS E CONTROLES ELETRONICOS |
description |
This dissertation considers the trajectory control problem of a surface marine vessel for its dynamic positioning with the tracking of a prespecified trajectory under the action of unknown environmental disturbances. The dynamic model of the system and its properties are developed to allow the control design. The vessel dynamics is nonlinear, thus, feedback linearization was implemented to remove nonlinearities and facilitate the application of controllers. Four controls for trajectory tracking have been considered. The first controller was the Proportional-Derivative (PD), that is a widely used controller and is of easy implementation. The second controller was the Proportional-Integral-Derivative (PID) controller which is also easy to implement and has an integral action that mitigates the residual error present in the PD controller. The third is a Sliding Mode Control (SMC). Na advantage over previous controllers is that the SMC is superior in relation to disturbance rejection, is robust to parameter variation and has a simple implementation. The Unit Vector SMC (UVC) was implemented, which is convenient for multivariable systems. The fourth controller is an Adaptive SMC. It allows trajectory tracking without the knowledge of the amplitude of environmental disturbances. Using the equivalent approximated averaging filters allows the disturbances to be estimated from low-frequency components of the control signal. Simulations of the disturbances and controllers for trajectory tracking presented in this Dissertation allow a fair comparison of these strategies. |
publishDate |
2021 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2021-11-11 |
dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2022-05-26T17:31:18Z |
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.citation.fl_str_mv |
BARBAS, Vinicius Machado. Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17814 |
identifier_str_mv |
BARBAS, Vinicius Machado. Controle por modo deslizante adaptativo aplicado ao rastreamento de trajetórias para uma embarcação sujeita a perturbações ambientais. 2021. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Eletrônica) - Faculdade de Engenharia, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2021. |
url |
http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/17814 |
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.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UERJ |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
dc.publisher.department.fl_str_mv |
Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade do Estado do Rio de Janeiro |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) instacron:UERJ |
instname_str |
Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) |
instacron_str |
UERJ |
institution |
UERJ |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ |
bitstream.url.fl_str_mv |
http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17814/2/Disserta%C3%A7%C3%A3o+-+Vinicius+Machado+Barbas+-+2021+-+Completo.pdf http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/17814/1/license.txt |
bitstream.checksum.fl_str_mv |
9446e8a2ae9227b5e4ed703e29fc27e0 e5502652da718045d7fcd832b79fca29 |
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) |
repository.mail.fl_str_mv |
bdtd.suporte@uerj.br |
_version_ |
1811728711272103936 |