Stability of nonlinear system using takagi-sugeno fuzzy models and hyper-rectangle of LMIs

This paper presents a theorem based on the hyper-rectangle defined by the closed set of the time derivatives of the membership functions of Takagi-Sugeno fuzzy systems. This result is also based on Linear Matrix Inequalities and allows the reduction of the conservatism of the stability analysis in the sense of Lyapunov. The theorem generalizes previous results available in the literature. © 2013 Brazilian Society for Automatics - SBA.

On Switched Regulator Design of Uncertain Nonlinear Systems Using Takagi-Sugeno Fuzzy Models

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

Design of a Takagi-Sugeno Fuzzy Regulator for a Set of Operation Points

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Improving the stability conditions of TS fuzzy systems with fuzzy Lyapunov functions

In this paper, the fuzzy Lyapunov function approach is considered for stabilizing continuous-time Takagi-Sugeno fuzzy systems. Previous linear matrix inequality (LMI) stability conditions are relaxed by exploring further the properties of the time derivatives of premise membership functions and by introducing a slack LMI variable into the problem formulation. The stability results are thus used in the state feedback design which is also solved in terms of LMIs. Numerical examples illustrate the efficiency of the new stabilizing conditions presented. © 2011 IFAC.

Reducing the conservatism of LMI-based stabilisation conditions for TS fuzzy systems using fuzzy Lyapunov functions

In this article, the fuzzy Lyapunov function approach is considered for stabilising continuous-time Takagi-Sugeno fuzzy systems. Previous linear matrix inequality (LMI) stability conditions are relaxed by exploring further the properties of the time derivatives of premise membership functions and by introducing slack LMI variables into the problem formulation. The relaxation conditions given can also be used with a class of fuzzy Lyapunov functions which also depends on the membership function first-order time-derivative. The stability results are thus extended to systems with large number of rules under membership function order relations and used to design parallel-distributed compensation (PDC) fuzzy controllers which are also solved in terms of LMIs. Numerical examples illustrate the efficiency of the new stabilising conditions presented. © 2013 Copyright Taylor and Francis Group, LLC.

Controle ótimo H∞ de sistemas não-lineares com modelos fuzzy takagi-sugeno

Neste trabalho é proposta uma metodologia de rastreamento de sinais e rejeição de distúrbios aplicada a sistemas não-lineares. Para o projeto do sistema de rastreamento, projeta-se os controladores fuzzy M(a) e N(a) que minimizam o limitante superior da norma H∞ entre o sinal de referência r(t) e o sinal de erro de rastreamento e(t), sendo e(t) a diferença entre a entrada de referência e a saída do sistema z(t). No método de rejeição de distúrbio utiliza-se a realimentação dinâmica da saída através de um controlador fuzzy Kc(a) que minimiza o limitante superior da norma H∞ entre o sinal de entrada exógena w(t) e o sinal de saída z(t). O procedimento de projeto proposto considera as não-linearidades da planta através dos modelos fuzzy Takagi-Sugeno. Os métodos são equacionados utilizando-se inequações matriciais lineares (LMIs), que quando factíveis, podem ser facilmente solucionados por algoritmos de convergência polinomial. Por fim, um exemplo ilustra a viabilidade da metodologia proposta.

Realimentação derivativa e modelo fuzzy Takagi-Sugeno paracontrole da articulação do joelho de pacientes paraplégicos com o uso de acelerômetros

Feedback control systems have been used to move the muscles and joints of the limbs of paraplegic patients. The feedback signal, related to the knee joint angle, can be obtained by using an electrogoniometer. However, the use of accelerometers can help the measurements due the facility of adhering these devices to the skin. Accelerometers are also very suitable for these applications due their small dimensions and weight. In this paper a new method for designing a control system that can vary the knee joint angle using Functional Electrical Stimulation (FES) is presented, as well as a simulation with parameters values available in the literature. The nonlinear control system was represented by a Takagi-Sugeno fuzzy model and the feedback signals were obtained by using accelerometers. The design method considered all plant nonlinearities and was efficient and reliable to control the leg position of a paraplegic patient with the angle of the knee ranging from 0° to 30°, considering electric stimulation at the quadriceps muscle. The proposed method is viable and offers a new alternative for designing control systems of the knee joint angle using more comfortable sensors for the patients.

Projeto e implementação com chaveamento de reguladores fuzzy Takagi-Sugeno para um conjunto de pontos de operação

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Projeto de controladores robustos chaveados para sistemas não lineares descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Modelagem e controle de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Design of a fuzzy Takagi-Sugeno controller to vary the joint knee angle of paraplegic patients

The papers shows, through theoretical studies and simulations, that using the description of the plant by Takagi-Sugeno (T-S), it is possible to design a nonlinear controller to control the position of the leg of a paraplegic patient. The control system was designed to change the angle of the joint knee of 60 degrees. This is the first study that describes the application of Takagi-Sugeno (T-S) models in this kind of problem.

Projeto de um controlador Fuzzy Takagi-Sugeno para uma estação de tratamento de esgoto por lodos ativados

Este trabalho propõe o projeto de um controlador Fuzzy do tipo Takagi-Sugeno em uma estação de tratamento de esgoto por lodos ativados. Este tipo de tratamento ocorre na presença de oxigênio, pois microorganismos aeróbios presentes no licor misto irão proporcionar a remoção tanto da matéria carbonácea quanto nutrientes formados por compostos à base de nitrogênio. O controlador atua via mecanismo de aeração e foi projetado para interpolar os ganhos proporcionais e integrativos de três controladores fixos locais que, por sua vez, foram projetados a partir da linearização de um modelo contínuo de balanço de massa de oxigênio. O controlador auxiliará manter a concentração de oxigênio dissolvido desejável na faixa de operação do processo para que ocorra a nitrificação, reação química de oxiredução que transforma amônio em nitrito, que é fundamental para o sucesso do processo, e poderá também economizar energia elétrica utilizada pelo mecanismo de aeração. Os ensaios foram realizados via simulação computacional em quatro cenários idealizados comparando o desempenho do controlador fuzzy e o desempenho de um controlador fixo projetado em um ponto de operação diferente do qual se utilizou como valor de referência na planta. Ao aplicar um degrau no valor de referência estabelecido no cenário de análise, observou-se o tempo de subida, o tempo de acomodação e o erro em regime. Após os ensaios, observou-se que o desempenho do controlador fuzzy nos quesitos tempo de subida e tempo de acomodação em relação ao controlador fixo foi melhor, enquanto nos quesitos sobressinal e erro em regime foi semelhante. Após as análises, concluiu-se que a estratégia de controle escolhida neste trabalho é viável, pois de acordo com o valor auferido de oxigênio dissolvido na entrada da planta, o controlador fuzzy irá interpolar os ganhos proporcionais e integrativos de um controlador fixo projetado na vizinhança deste valor e assim, atuar de forma bastante satisfatória.

Sistema baseado em regras fuzzy do tipo Takagi-Sugeno aplicado a ecos de radares meteorológicos

Pós-graduação em Ciências Ambientais - Sorocaba

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)

A new approach to fuzzy estimation of Takagi-Sugeno model and its applications to optimal control for nonlinear systems

An efficient approach is presented to improve the local and global approximation and modelling capability of Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model. The main aim is obtaining high function approximation accuracy. The main problem is that T-S identification method cannot be applied when the membership functions are overlapped by pairs. This restricts the use of the T-S method because this type of membership function has been widely used during the last two decades in the stability, controller design and are popular in industrial control applications. The approach developed here can be considered as a generalized version of T-S method with optimized performance in approximating nonlinear functions. A simple approach with few computational effort, based on the well known parameters' weighting method is suggested for tuning T-S parameters to improve the choice of the performance index and minimize it. A global fuzzy controller (FC) based Linear Quadratic Regulator (LQR) is proposed in order to show the effectiveness of the estimation method developed here in control applications. Illustrative examples of an inverted pendulum and Van der Pol system are chosen to evaluate the robustness and remarkable performance of the proposed method and the high accuracy obtained in approximating nonlinear and unstable systems locally and globally in comparison with the original T-S model. Simulation results indicate the potential, simplicity and generality of the algorithm.