Modelagem e compensação da dinâmica de robôs móveis e sua aplicação em controle de formação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Martins, Felipe Nascimento
Data de Publicação: 2009
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Texto Completo: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9704
Resumo: A new dynamic modeling approach for unicycle-like mobile robots is proposed, which is applied in the design of controllers for this type of robot. The dynamic model thus generated accepts linear and angular velocities as inputs, which is usual in commercial robots. Some of its properties are studied and proved, and are then used in the design of adaptive controllers that compensate for the robot dynamics while tracking a desired trajectory, following a leader or being part of a group in formation control problems. The Lyapunov theory is used on the stability analysis of the equilibrium in every case. A robustness analysis considering possible parameter variation and non-modeled disturbance is also performed. The influence of the dynamic compensation is studied, and its importance is illustrated by a performance index measured for both simulation and experimentation. Three formation control strategies with dynamic compensation are presented: one is a decentralized leader-follower control, and the other two are centralized virtual structure control. A Multi-Layer Scheme for formation control is here presented using one of the centralized formation control strategies. Such scheme is flexible in the sense that each part of the formation control problem is solved by an independent module. The proposed formation controller is capable of making the robots achieve a fixed desired formation, and to follow a desired formation having time-varying position and shape. The influence of the dynamic compensation on this formation control scheme is analyzed and illustrated through both simulation and experimental results.
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The influence of the dynamic compensation is studied, and its importance is illustrated by a performance index measured for both simulation and experimentation. Three formation control strategies with dynamic compensation are presented: one is a decentralized leader-follower control, and the other two are centralized virtual structure control. A Multi-Layer Scheme for formation control is here presented using one of the centralized formation control strategies. Such scheme is flexible in the sense that each part of the formation control problem is solved by an independent module. The proposed formation controller is capable of making the robots achieve a fixed desired formation, and to follow a desired formation having time-varying position and shape. The influence of the dynamic compensation on this formation control scheme is analyzed and illustrated through both simulation and experimental results.Una propuesta de modelado de la dinámica de robots móviles tipo uniciclo es presentadan y utilizada en el diseño de controladores para dichos robots, incluso en el contexto de control de formación. La dinámica de los robots móviles es modelada de una nueva manera, basada en un modelo din´amico que acepta se˜nales de velocidades lineal y angular como entradas. El nuevo modelo din´amico presentado tiene sus propiedades estudiadas y posteriormente utilizadas en el desarrollo de controladores adaptables, para compensar los efectos de la dinámica de robots móviles cuando realizan tareas de seguimiento de trayectoria, posicionamiento y control de formación. La teoría de Lyapunov es utilizada para analizar la estabilidad del equilibrio en cada caso, y un análisis de robustez muestra que la estabilidad es garantizada tambi´en cuando hay variación de par´ametros y perturbaciones no modeladas. La influencia de la compensación dinámica es estudiada, y su importancia evidenciada a través del cálculo de un ´ındice de desempe˜no obtenido en simulaciones y experimentos. Tres estrategias de control de formación con compensación dinámica son presentadas. Una de ellas es de control descentralizado tipo líder-seguidor y las otras dos son de control centralizado tipo estructuras virtuales. Una de las estrategias de control centralizado es aqu´ı propuesta. También es presentado el desarrollo del Esquema de Control Multi-Capas, que permite que cada parte del problema de control de formación sea solucionado por un módulo independiente, lo que aumenta su flexibilidad. Se propone un controlador de formaci´on que posiciona los robots en una formación fija o variable, en posición o en forma. Dicho controlador permite enfatizar la importancia del control del posicionamiento o de la forma de la estructura virtual. La influencia de la compensaci´on dinámica en dicho sistema es analizada e ilustrada por resultados de simulación y también de experimentos.Uma proposta de modelagem da dinâmica de robôs móveis tipo uniciclo é aqui apresentada e utilizada no projeto de controladores para os referidos robôs, inclusive num contexto de controle de formação. A dinâmica dos robôs móveis é modelada através de uma nova abordagem, baseada em um modelo dinâmico que aceita sinais de velocidades linear e angular como entradas. O novo modelo dinâmico apresentado tem suas propriedades estudadas e posteriormente utilizadas no desenvolvimento de controladores adaptativos, para compensar os efeitos da dinâmica de robôs móveis quando realizam tarefas de seguimento de trajetória, posicionamento e controle de formação. A teoria de Lyapunov é utilizada para analisar a estabilidade do equilíbrio para cada caso, também sendo realizada análise de robustez à variação de parâmetros e à presença de distúrbios não modelados. A influência da compensação da dinâmica é estudada, e sua importancia evidenciada através do cálculo de um índice de desempenho obtido em simulações e experimentos. Três estratégias de controle de formação com compensação dinâmica são apresentadas, sendo uma de controle descentralizado tipo líder-seguidor e duas de controle centralizado tipo estruturas virtuais. Uma das estratégias de controle centralizado é aqui proposta, sendo apresentado o desenvolvimento do Esquema de Controle Multicamadas. Tal esquema permite que cada parte do problema de controle de formação seja resolvido por um módulo independente, aumentando sua flexibilidade. É proposto um controlador de formação que posiciona os robôs numa formação que pode ser fixa ou variável, tanto em posição como em forma, sendo possível enfatizar a importância do controle de posicionamento ou de forma da formação. A influência da compensação dinâmica neste controle de formação é analisada e ilustrada através de resultados de simulação e também de experimentos.Texthttp://repositorio.ufes.br/handle/10/9704porUniversidade Federal do Espírito SantoDoutorado em Engenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFESBRCentro TecnológicoModelo dinâmicoControle de FormaçãoRobôs Móveis AutônomoRobóticaRobôs móveisTeoria do controle não-linearEngenharia Elétrica621.3Modelagem e compensação da dinâmica de robôs móveis e sua aplicação em controle de formaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALtese_3018_TeseDoutoradoFelipeNascimentoMartins.pdfapplication/pdf8472284http://repositorio.ufes.br/bitstreams/934ed811-0d68-4823-9285-cbe55ad0f56f/download3749c00532b2e35a001d06cc2e94354eMD5110/97042024-07-17 16:58:23.151oai:repositorio.ufes.br:10/9704http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-10-15T17:54:14.093091Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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