Posicionamento dinâmico utilizando controle a estrutura variável e servovisão.

Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um sistema de posicionamento dinâmico para uma pequena embarcação baseado em controle a estrutura variável com realimentação por visão computacional. Foram investigadas, na literatura, diversas técnicas desenvolvidas e escolheu-se o controle a estrutura variável devido, principalmente, ao modo de acionamento dos propulsores presentes no barco utilizado para os experimentos. Somando-se a isto, foi considerada importante a robustez que a técnica de controle escolhida apresenta, pois o modelo utilizado conta com incerteza em sua dinâmica. É apresentado ainda o projeto da superfície de deslizamento para realizar o controle a estrutura variável. Como instrumento de medição optou-se por utilizar técnicas de visão computacional em imagens capturadas a partir de uma webcam. A escolha por este tipo de sistema deve-se a alta precisão das medições aliada ao seu baixo custo. São apresentadas simulações e experimentos com controle a estrutura variável em tempo discreto utilizando a integral do erro da posição visando eliminar o erro em regime. Para realizar o controle que demanda o estado completo, são comparados quatro estimadores de estado realizados em tempo discreto: derivador aproximado; observador assintótico com uma frequência de amostragem igual a da câmera; observador assintótico com uma frequência de amostragem maior que a da câmera; e filtro de Kalman.

Controle a estrutura variável para atenuar modos ressonantes em servomecanismos.

Nesta dissertação é mostrada experimentalmente a existência de modos ressonantes em servomotores de corrente contínua sem núcleo de ferro. Até onde se sabe, não já publicações ou documentos técnicos de fabricantes que relatam esse efeito neste tipo de motor. Foi observado também que a frequência da ressonância é variável e que possivelmente depende da temperatura interna do motor. Conforme e mostrado em simulações técnicas tradicionais para o controle de motores podem não ser eficazes para lidar com esses modos ressonantes. Com o objetivo de amortecer a ressonância e obter o controle de velocidade e posição desses motores, são desenvolvidos controladores por modo deslizante baseados em funções de chaveamento obtidas por observadores de alto ganho. Esse controle e robusto a incertezas paramétricas e perturbações. Com o auxílio de simulações são mostrados os pontos fortes e limitações de cada um dos controladores.

Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes Aplicado em Sistema de Suspensão Ativa

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O controle em cascata e a estrutura variável de um servoposicionador pneumático

Este trabalho aborda o desenvolvimento de um algoritmo de controle para servoposicionadores pneumáticos. Esses dispositivos são limpos, baratos e apresentam boa relação entre seu peso e a potência que são capazes de fornecer, o que os torna vantajosos para muitas aplicações. Seu emprego em tarefas de precisão é comprometido, no entanto, pelo seu comportamento fortemente não-linear. Visando compreender os fenômenos envolvidos, e realizar testes dos controladores propostos através de simulações, é realizado um estudo da modelagem matemática desses sistemas. Buscando situar este trabalho no campo de pesquisa proposto, é apresentada uma introdução aos critérios de estabilidade utilizados no âmbito dos sistemas não-lineares, com atenção especial ao Teorema da Estabilidade Assintótica de Lyapunov. Também são discutidas as técnicas de controle não-linear utilizadas neste trabalho. O controlador não-linear proposto é sintetizado com base na estratégia de controle em cascata. Essa técnica consiste na interpretação do servoposicionador como dois subsistemas interconectados: um subsistema mecânico e outro pneumático. O modelo do subsistema mecânico é utilizado para determinar o valor de pressão necessário para que o sistema siga a trajetória desejada. Com essa informação, é calculada a entrada de controle adequada para o subsistema pneumático, de forma que esta última forneça a pressão desejada ao subsistema mecânico. A fim de assegurar robustez ao sistema controlado frente à presença de incertezas paramétricas e de forças externas e/ou de atrito, utiliza-se uma técnica de controle a estrutura variável no subsistema pneumático. A lei originalmente proposta para o subsistema pneumático é, então, modificada, com os objetivos de eliminar a necessidade de monitorar o sinal de aceleração do sistema e de reduzir o grau de solicitação dos componentes eletromecânicos do servoposicionador. As propriedades de estabilidade e robustez do sistema em malha fechada são provadas analiticamente para cada uma das duas leis de controle propostas. As demonstrações são obtidas por meio da teoria de estabilidade de Lyapunov. Essas propriedades são corroboradas por meio de simulação do sistema controlado, com e sem a presença dos efeitos não-lineares do atrito e das incertezas paramétricas. Além de ratificar as características analiticamente previstas para o servoposicionador em malha fechada, os resultados das simulações também são utilizados para comparar os méritos das diferentes leis de controle propostas para o seguimento no subsistema pneumático.

Controle automático com estrutura variável utilizando sistemas ERP e LMI

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estabilidade e robustez de um controlador adaptativo indireto por um modelo de referência e estrutura variável

In this thesis, it is developed the robustness and stability analysis of a variable structure model reference adaptive controller considering the presence of disturbances and unmodeled dynamics. The controller is applied to uncertain, monovariable, linear time-invariant plants with relative degree one, and its development is based on the indirect adaptive control. In the direct approach, well known in the literature, the switching laws are designed for the controller parameters. In the indirect one, they are designed for the plant parameters and, thus, the selection of the relays upper bounds becomes more intuitive, whereas they are related to physical parameters, which present uncertainties that can be known easier, such as resistances, capacitances, inertia moments and friction coefficients. Two versions for the controller algorithm with the stability analysis are presented. The global asymptotic stability with respect to a compact set is guaranteed for both cases. Simulation results under adverse operation conditions in order to verify the theoretical results and to show the performance and robustness of the proposed controller are showed. Moreover, for practical purposes, some simplifications on the original algorithm are developed

Uma proposta de um controlador adaptativo por posicionamento de pólos e estrutura variável

There are two main approaches for using in adaptive controllers. One is the so-called model reference adaptive control (MRAC), and the other is the so-called adaptive pole placement control (APPC). In MRAC, a reference model is chosen to generate the desired trajectory that the plant output has to follow, and it can require cancellation of the plant zeros. Due to its flexibility in choosing the controller design methodology (state feedback, compensator design, linear quadratic, etc.) and the adaptive law (least squares, gradient, etc.), the APPC is the most general type of adaptive control. Traditionally, it has been developed in an indirect approach and, as an advantage, it may be applied to non-minimum phase plants, because do not involve plant zero-pole cancellations. The integration to variable structure systems allows to aggregate fast transient and robustness to parametric uncertainties and disturbances, as well. In this work, a variable structure adaptive pole placement control (VS-APPC) is proposed. Therefore, new switching laws are proposed, instead of using the traditional integral adaptive laws. Additionally, simulation results for an unstable first order system and simulation and practical results for a three-phase induction motor are shown

Controlador adaptativo por posicionamento de pólos e estrutura variável aplicado ao controle de geradores eólicos baseados em máquina de indução duplamente alimentada

In the last decade, the renewable energy sources have present a major propulsion in the world due to several factors: political, environmental, financial and others. Within this context, we have in particular the energy obtained through wind, wind energy - that has highlighted with rapid growth in recent years, including in Brazil, mostly in the Northeast, due to it s benefit-cost between the clean energies. In this context, we propose to compare the variable structure adaptive pole placement control (VS-APPC) with a traditional control technique proportional integral controller (PI), applied to set the control of machine side in a conversion system using a wind generator based on Double-Fed Induction Generator (DFIG). Robustness and performance tests were carried out to the uncertainties of the internal parameters of the machine and variations of speed reference.

Controlador adaptativo por modelo de referência e estrutura variável aplicado ao controle de ângulo de carga e fluxo de campo de um gerador síncrono

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Controle adaptativo por modelo de referencia e estrutura variável discreto no tempo

With the technology progess, embedded systems using adaptive techniques are being used frequently. One of these techniques is the Variable Structure Model- Reference Adaptive Control (VS-MRAC). The implementation of this technique in embedded systems, requires consideration of a sampling period which if not taken into consideration, can adversely affect system performance and even takes the system to instability. This work proposes a stability analysis of a discrete-time VS-MRAC accomplished for SISO linear time-invariant plants with relative degree one. The aim is to analyse the in uence of the sampling period in the system performance and the relation of this period with the chattering and system instability

Avaliação de robustez, desempenho e aplicação do controlador adaptativo por posicionamento de pólos e estrutura variável

In this work, the variable structure adaptive pole placement controller (VS-APPC) robustness and performance are evaluated and this algorithm is applied in a motor control system. The controller robustness evaluation will be done through simulations, where will be introduced in the system the following adversities: time delay, actuator response boundeds, disturbances, parametric variation and unmodeled dynamics. The VS-APPC will be compared with PI control, pole placement control (PPC) and adaptive pole placement controller (APPC). The VS-APPC will be simulated to track a step and a sine reference. It will be applied in a three-phase induction motor control system to track a sine signal in the stator reference frame. Simulation and experimental results will prove the efficiency and robustness of this control strategy

Controlador adaptativo backstepping a estrutura variável

Neste trabalho, um controlador adaptativo backstepping a estrutura variável (Variable Structure Adaptive Backstepping Controller, VS-ABC) é apresentado para plantas monovariáveis, lineares e invariantes no tempo com grau relativo unitário. Ao invés das tradicionais leis integrais para estimação dos parâmetros da planta, leis chaveadas são utilizadas com o objetivo de aumentar a robustez em relação a incertezas paramétricas e distúrbios externos, bem como melhorar o desempenho transitório do sistema. Adicionalmente, o projeto do novo controlador é mais intuitivo quando comparado ao controlador backstepping original, uma vez que os relés introduzidos apresentam amplitudes diretamente relacionadas com os parâmetros nominais da planta. Esta nova abordagem, com uso de estrutura variável, também reduz a complexidade das implementações práticas, motivando a utilização de componentes industriais, tais como, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays ), MCUs (Microcontrollers) e DSPs (Digital Signal Processors). Simulações preliminares para um sistema instável de primeira e segunda ordem são apresentadas de modo a corroborar os estudos. Um dos exemplos de Rohrs é ainda abordado através de simulações, para os dois cenários adaptativos: o controlador backstepping adaptativo original e o VS-ABC

Projeto de controladores baseados em LMIs: realimentação derivativa e sistemas chaveados utilizando estrutura variável

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Algoritmos Genéticos para Síntese de Filtros Aplicados em Controle por Modo Deslizante.

Nesta Dissertação propõe-se a aplicação de algoritmos genéticos para a síntese de filtros para modular sinais de controladores a estrutura variável e modo deslizante. A modulação do sinal de controle reduz a amplitude do sinal de saída e, consequentemente, pode reduzir o consumo de energia para realizar o controle e o chattering. Esses filtros também são aplicados em sistemas que possuem incertezas paramétricas nos quais nem todas as variáveis de estado são medidas. Nesses sistemas, as incertezas nos parâmetros podem impedir que seus estados sejam estimados com precisão por observadores. A síntese desses filtros necessita da obtenção da envoltória, que é o valor máximo da norma de cada resposta impulsiva admissível no sistema. Após este passo, é sintetizado um filtro que seja um majorante para a envoltória. Neste estudo, três métodos de busca da envoltória por algoritmos genéticos foram criados. Um dos métodos é o preferido, pois apresentou os melhores resultados e o menor tempo computacional.

Controle Adaptativo Robusto para Filtros Ativos de Potência Paralelo

Conventional control strategies used in shunt active power filters (SAPF) employs real-time instantaneous harmonic detection schemes which is usually implements with digital filters. This increase the number of current sensors on the filter structure which results in high costs. Furthermore, these detection schemes introduce time delays which can deteriorate the harmonic compensation performance. Differently from the conventional control schemes, this paper proposes a non-standard control strategy which indirectly regulates the phase currents of the power mains. The reference currents of system are generated by the dc-link voltage controller and is based on the active power balance of SAPF system. The reference currents are aligned to the phase angle of the power mains voltage vector which is obtained by using a dq phase locked loop (PLL) system. The current control strategy is implemented by an adaptive pole placement control strategy integrated to a variable structure control scheme (VS-APPC). In the VS-APPC, the internal model principle (IMP) of reference currents is used for achieving the zero steady state tracking error of the power system currents. This forces the phase current of the system mains to be sinusoidal with low harmonics content. Moreover, the current controllers are implemented on the stationary reference frame to avoid transformations to the mains voltage vector reference coordinates. This proposed current control strategy enhance the performance of SAPF with fast transient response and robustness to parametric uncertainties. Experimental results are showing for determining the effectiveness of SAPF proposed control system