Projeto de controladores tolerantes a falhas baseados em observador : uma abordagem em faixas de frequência finita
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFMG |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/1843/52160 |
Resumo: | Este trabalho propõe preencher uma lacuna existente na literatura com a introdução de uma metodologia para projeto de controle tolerante a falhas com base em observador em faixas de frequência predefinidas com desempenho garantido H-infinito para sistemas contínuos chaveados. A abordagem proposta faz uso dos estados e da falha estimada advindos do observador sintetizado para compor uma lei de controle que assegura eficácia na rejeição de distúrbios externos e na compensação dos efeitos das falhas em domínios de baixa, média e alta frequências. Ademais, para garantir a estabilidade assintótica do sistema chaveado, o sinal de chaveamento respeita a condição de tempo médio de permanência dependente de modo (MDADT), assegurando que o sistema permaneça um tempo mínimo em cada modo e evitando instabilidades referentes ao chaveamento arbitrário. O problema é estruturado de tal forma que, em malha fechada, o observador e o controlador podem ser sintetizados de forma separada. Para tanto, inicialmente, projeta-se o observador proposto para obter as estimativas dos estados e da falha em faixas de frequência específicas a partir do lema de Kalman-Yakubovich-Popov generalizado. Posteriormente, o controlador tolerante a falhas com custo garantido H-infinito é projetado, assegurando estabilidade em malha fechada para sistemas chaveados sob restrições MDADT. Em ambos os projetos, as condições são descritas na forma de desigualdades matriciais lineares. Exemplos ilustrativos retirados da literatura são utilizados para demonstrar a eficácia e a aplicabilidade da abordagem proposta. |
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Ademais, para garantir a estabilidade assintótica do sistema chaveado, o sinal de chaveamento respeita a condição de tempo médio de permanência dependente de modo (MDADT), assegurando que o sistema permaneça um tempo mínimo em cada modo e evitando instabilidades referentes ao chaveamento arbitrário. O problema é estruturado de tal forma que, em malha fechada, o observador e o controlador podem ser sintetizados de forma separada. Para tanto, inicialmente, projeta-se o observador proposto para obter as estimativas dos estados e da falha em faixas de frequência específicas a partir do lema de Kalman-Yakubovich-Popov generalizado. Posteriormente, o controlador tolerante a falhas com custo garantido H-infinito é projetado, assegurando estabilidade em malha fechada para sistemas chaveados sob restrições MDADT. Em ambos os projetos, as condições são descritas na forma de desigualdades matriciais lineares. Exemplos ilustrativos retirados da literatura são utilizados para demonstrar a eficácia e a aplicabilidade da abordagem proposta.This work proposes to fill an existing gap in the literature by introducing a methodology to fault-tolerant control based on observer design in predefined frequency ranges with guar- anteed H-infinite performance for continuous-time switched systems. The proposed approach makes use of the states and the estimation fault from the synthesized observer to compose a control law, which ensures effectiveness in rejecting external disturbances and compen- sating for the effects of faults in low, middle and high frequency domains. Furthermore, to ensure the asymptotic stability of the switched system, the switching signal respects the mode-dependent average dwell time (MDADT) condition, ensuring that the system remains a minimum time in each mode and avoiding instabilities concerning arbitrary switching. The problem is structured in such a way that, in closed-loop, the observer and the controller can be synthesized separately. For this purpose, initially, the proposed ob- server is designed to obtain the estimates of states and faults in specific frequency ranges from the generalized Kalman-Yakubovich-Popov lemma. Subsequently, the fault-tolerant controller with H-infinite guaranteed cost is designed, ensuring closed-loop stability for switched systems under MDADT constraints. In both designs, the conditions are described in lin- ear matrix inequalities form. Illustrative examples taken from the literature are used to demonstrate the effectiveness and applicability of the proposed approach.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoporUniversidade Federal de Minas GeraisPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFMGBrasilENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICAEngenharia elétricaTeoria do controleSistemas chaveadosControle baseado em observadorControle tolerante a falhasEstimação de falhasFrequência finitaProjeto de controladores tolerantes a falhas baseados em observador : uma abordagem em faixas de frequência finitainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82118https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/52160/2/license.txtcda590c95a0b51b4d15f60c9642ca272MD52ORIGINALprincipal.pdfprincipal.pdfapplication/pdf2940082https://repositorio.ufmg.br/bitstream/1843/52160/1/principal.pdf3c938ed109802b6b53c8e36764607329MD511843/521602023-04-18 14:14:33.626oai:repositorio.ufmg.br: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ório de PublicaçõesPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oaiopendoar:2023-04-18T17:14:33Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false |
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