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Predictive Control Applied to Trajectory Tracking of Wheeled Mobile Robot / Controle preditivo aplicado ao seguimento de trajetÃria de robà mÃvel com rodas

Mariana Akeme Ogawa 29 April 2014 (has links)
CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / This work proposes a study and application of advanced controller to trajectory tracking of wheeled mobile robots. This kind of problem is a challenger for controllers once its models has two inputs and three outputs and is a non-linear model. In the literature there are various solutions to wheeled mobile robots trajectory tracking, among them the Model Predictive Control (MPC) with linearization model and a non linear control which in this work will be nominated as Klancar Controller. The Predictive Controllers can be applied efficiently in plants which has multiple inputs an multiple outputs, in situation that a future reference trajectory is known and systems with input and output constraints . However, the main disadvantage of MPC is the high computational effort which limits its practical application. Thus, this specific controller uses the plants linearization model. On the other hand, the Klancar Controller may be more efficient than the ones based on linear models, once the model is non linear. However, its solution, by definition, does not match the optimized criteria which can be a disadvantage mainly in systems that has constrains and a known future reference. Furthermore, this work proposes the application of the Predictive Control Extended Prediction Self Adaptive Control (EPSAC) to wheeled mobile robot trajectory tracking. This control strategy uses explicitly the non linear robot model, future reference, constraints on the variables and has a optimized solution. And, to the matter of this work, it has not been found reports of the EPSAC applied in mobile robotics, and is thus an unprecedented application. Simulation results are presented comparing the controllers studied using performance indices. Else, the controllers were applied in a mobile robot. / Este trabalho propÃe o estudo e aplicaÃÃo de controladores avanÃados ao seguimento de trajetÃrias de robÃs mÃveis com rodas. Este tipo de problema à bastante desafiador do ponto de vista de controle uma vez que o modelo tem duas entradas e trÃs saÃdas, alÃm disso, trata-se de um modelo nÃo linear. Na literatura existem diversas soluÃÃes para o controle de trajetÃria de robÃs mÃveis, dentre eles tem-se o Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) por meio de modelos linearizados e um controlador nÃo linear denominado neste trabalho de controlador de Klancar. Os controladores preditivos podem ser aplicados de forma eficiente em plantas com modelos multivariÃveis, em situaÃÃes na qual a trajetÃria futura de referÃncia à conhecida e em sistemas com restriÃÃes nas vaiÃveis de entrada e de saÃda. PorÃm, a principal desvantagem do MPC linearizado à o alto custo computacional o que limita as aplicaÃÃes prÃticas. AlÃm disso, esse controlador especÃfico utiliza um modelo linearizado da planta. Por outro lado, o controlador de Klancar pode ser mais eficiente que os baseados em modelos lineares, devido Ãs nÃo linearidades inerentes do modelo. No entanto, a sua soluÃÃo, por definiÃÃo, nÃo corresponde a critÃrios Ãtimos o que pode representar uma desvantagem principalmente em sistemas com restriÃÃes e referÃncia futura conhecida. AlÃm disso, neste trabalho à proposta a aplicaÃÃo do controle preditivo EPSAC (Extended Prediction Self Adaptive Control) para o controle de seguimento de trajetÃrias. Esta estratÃgia utiliza de forma explÃcita o modelo nÃo linear do robÃ, a referÃncia futura, as restriÃÃes nas variÃveis do robà e soluÃÃo corresponde a um critÃrio Ãtimo. Atà onde foi pesquisado pelo autor deste trabalho, nÃo existem relatos da utilizaÃÃo do EPSAC na robÃtica mÃvel, sendo desta forma uma aplicaÃÃo inÃdita. Resultados de simulaÃÃo sÃo apresentados comparando os controladores estudados, utilizando Ãndices de desempenhos. AlÃm disso, os mesmo foram implementados em um robà mÃvel.

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