Investigação experimental de controle robusto aplicado ao problema de rastreamento de pêndulo invertido considerando incertezas politópicas
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Data de Publicação: | 2020 |
Outros Autores: | , |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM |
Texto Completo: | https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8745 |
Resumo: | Este trabalho, tem como finalidade a investigação experimental de uma nova metodologia de controle robusto o qual leva em consideração incertezas politópicas, de modo a ser realizado um estudo de caso aplicado ao problema de rastreamento de um sistema de pêndulo invertido. Para o desenvolvimento da técnica primeiramente é realizado um projeto de realimentação de estados baseados em desigualdades matriciais lineares (LMI) fazendo uso da minimização da norma 𝐻2, bem como do controlador misto 𝐻2/𝐻∞, objetivando proporcionar uma solução factível para os ganhos do controlador quando é considerado uma família de incertezas paramétricas no sistema dinâmico em questão decorrentes da variação de massa e comprimento da haste do pêndulo invertido, o que ocasiona uma deterioração de sua resposta dinâmica, bem como pode ocasionar instabilidade ao sistema. Em seguida, para o prosseguimento do projeto da metodologia proposta adota-se o sistema realimentado com os ganhos previamente calculados para o desenvolvimento de um projeto de um controlador na malha externa tendo como estrutura de controle o controlador proporcional-Integral (PI), este por sua vez é projetado fazendo uso do Teorema de Kharitonov e reescrevendo o problema como um problema programação linear objetivando garantir estabilidade robusta, bem como manter o desempenho robusto previamente projetado pela realimentação de estados. Por conseguinte, a aplicação das duas topologias de controle em cascata via LMI e projeto de otimização linear tem por finalidade garantir robustez e desempenho robusto ao sistema frente variações paramétricas no sistema de pêndulo invertido. Com o intuito de demonstrar a eficácia e robustez da metodologia proposta diversos testes em ambiente de simulação e experimental foram realizados. Os resultados apresentam que a metodologia proposta proporcionou ao sistema estabilidade robusta frente a uma família de incertezas, além disso garantiu um melhor desempenho dinâmico em comparação com outras metodologias. |
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Investigação experimental de controle robusto aplicado ao problema de rastreamento de pêndulo invertido considerando incertezas politópicasExperimental research of robust control applied to the inverted pendulum tracking problem considering polytopic uncertaintiesENGENHARIAS: ENGENHARIA ELETRICAControle robustoIncerteza politópicaLMITeorema de KharitonovSistema de pêndulo invertidoEste trabalho, tem como finalidade a investigação experimental de uma nova metodologia de controle robusto o qual leva em consideração incertezas politópicas, de modo a ser realizado um estudo de caso aplicado ao problema de rastreamento de um sistema de pêndulo invertido. Para o desenvolvimento da técnica primeiramente é realizado um projeto de realimentação de estados baseados em desigualdades matriciais lineares (LMI) fazendo uso da minimização da norma 𝐻2, bem como do controlador misto 𝐻2/𝐻∞, objetivando proporcionar uma solução factível para os ganhos do controlador quando é considerado uma família de incertezas paramétricas no sistema dinâmico em questão decorrentes da variação de massa e comprimento da haste do pêndulo invertido, o que ocasiona uma deterioração de sua resposta dinâmica, bem como pode ocasionar instabilidade ao sistema. Em seguida, para o prosseguimento do projeto da metodologia proposta adota-se o sistema realimentado com os ganhos previamente calculados para o desenvolvimento de um projeto de um controlador na malha externa tendo como estrutura de controle o controlador proporcional-Integral (PI), este por sua vez é projetado fazendo uso do Teorema de Kharitonov e reescrevendo o problema como um problema programação linear objetivando garantir estabilidade robusta, bem como manter o desempenho robusto previamente projetado pela realimentação de estados. Por conseguinte, a aplicação das duas topologias de controle em cascata via LMI e projeto de otimização linear tem por finalidade garantir robustez e desempenho robusto ao sistema frente variações paramétricas no sistema de pêndulo invertido. Com o intuito de demonstrar a eficácia e robustez da metodologia proposta diversos testes em ambiente de simulação e experimental foram realizados. Os resultados apresentam que a metodologia proposta proporcionou ao sistema estabilidade robusta frente a uma família de incertezas, além disso garantiu um melhor desempenho dinâmico em comparação com outras metodologias.This work aims to investigate a new robust control methodology that takes into account polytopic uncertainties to carry out a case study applied to the tracking problem of an inverted pendulum (IP) system. For the proposed technique, firstly, a state feedback project based on linear matrix inequalities (LMI) is carried out, through the controller 𝐻2 norm, as well as the mixed 𝐻2/𝐻∞ control, aiming to provide a solution feasible for the controller’s gains, in the presence of parametric uncertainties, resulting from the system variation mass, which causes a deterioration of its dynamic response, as well as causing instability to the system. Then, adopted the state feedback gains obtained previously calculate to develop a controller’s project in an external loop, having the Proportional-Integral (PI) controller such as control structure, using Kharitonov’s theorem. Finally, the proposed methodology configuration is a cascade control structure that intertwines the internal control loop via a state-feedback LMI approach and an external loop via LP in a PI controller structure project, ensuring robustness and robust performance the presence of parametric variations in the IP system. Several tests in a simulation and experimental environment were carried out to demonstrate the proposed methodology’s effectiveness and robustness. The results show that the proposed methodology provided the system with robust stability given a family of uncertainties and better dynamic performance than other methodologies.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorUniversidade Federal do AmazonasFaculdade de TecnologiaBrasilUFAMPrograma de Pós-graduação em Engenharia ElétricaMedeiros, Renan Landau Paiva dehttp://lattes.cnpq.br/8081923559538095Ayres Júnior, Florindo Antônio de Carvalhohttp://lattes.cnpq.br/1919442364965261Araújo, Rodrigo Fariashttp://lattes.cnpq.br/2107906714409879Barreda, Adrian Eduardo Gonzalezhttp://lattes.cnpq.br/6052398040138155https://orcid.org/0000-0003-3806-79242022-03-11T17:55:51Z2020-12-21info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfBARREDA, Adrian Eduardo Gonzalez. Investigação experimental de controle robusto aplicado ao problema de rastreamento de pêndulo invertido considerando incertezas politópicas. 2022. 108 F. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus (AM), 2020.https://tede.ufam.edu.br/handle/tede/8745porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAMinstname:Universidade Federal do Amazonas (UFAM)instacron:UFAM2022-03-12T05:03:29Zoai:https://tede.ufam.edu.br/handle/:tede/8745Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://200.129.163.131:8080/PUBhttp://200.129.163.131:8080/oai/requestddbc@ufam.edu.br||ddbc@ufam.edu.bropendoar:65922022-03-12T05:03:29Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFAM - Universidade Federal do Amazonas (UFAM)false |
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