Este trabalho apresenta os resultados da aplicação de três técnicas de controle utilizadas no projeto e implementação do controle de um manipulador subatuado planar de três juntas em série e de elos rígidos, projetado e construído pela Universidade Carnegie Mellon, EUA. Devido ao alto grau de não-linearidade deste sistema, seria muito difícil implementar um controlador H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 que atuasse sozinho. Assim, propõe-se a utilização de um método de controle combinado: torque computado/H2, H&#8734 ou H2/H&#8734. No controle combinado, a porção correspondente ao torque computado lineariza e pré-compensa a dinâmica do modelo da planta nominal, enquanto a porção correspondente ao controle H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 realiza uma pós-compensação dos erros residuais, que não foram completamente eliminados pelo método torque computado. Testes de acompanhamento de trajetória e testes de robustez são realizados aqui para comprovar a eficiência destes controladores, com resultados de implementação bastante satisfatórios. / This work presents the application results of three control techniques used for the control design and implementation of a serial planar underactuated manipulator with three joints and rigid links, designed and built by the Carnegie Mellon University, USA. Due to the high non-linearity degree of this system, it would be very difficult to implement an H2, H&#8734 or H2/ H&#8734 control which would actuate on the system by itself. Therefore, it is proposed a combined control method: computed torque/ H2, H&#8734 or H2/H&#8734. In the combined control, the portion corresponding to the computed torque linearizes and pre-compensates the dynamics of the nominal model, while the portion corresponding to the H2, H&#8734 or H2/H&#8734 control realizes a pos-compensation of the residual errors, not completely removed by the computed torque method. Trajetory tracking and robustness tests are performed here to demonstrate the efficiency of these controllers, with very satisfatory implementation results.

Orientador: Celso Pascoli Bottura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T02:56:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_MarcusPantojada_M.pdf: 634546 bytes, checksum: 9c15ab5bd5cf1715bf9313a7d802d180 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo:Este trabalho propõe uma metodologia para o controle robusto descentralizado de sistemas não lineares com incertezas variantes no tempo limitadas em norma utilizando um procedimento alternativo ao S-Procedure proposto por Yakubovich. Com base em nosso procedimento, desenvolvemos também uma metodologia de projeto de observadores robustos descentralizados para uma classe de sistemas não lineares variantes no tempo limitados em norma. Com o estado estimado pelo observador descentralizado projetamos um controlador descentralizado por realimentação de saída que estabiliza o sistema. Outro problema que é resolvido nesse trabalho é o projeto de controlador robusto H1 descentralizado para uma classe de sistemas não lineares variantes no tempo limitados em norma sujeitos a distúrbios externos. Exemplos que ilustram aplicações das metodologias propostas são apresentados / Abstract: This work proposes a methodology for decentralized robust control of nonlinear systems with time-varying uncertainties norm bounded using an alternative procedure to the S-Procedure proposed by Yakubovich. Based on our procedure a decentralized robust observer design methodology for a class of time-varying norm bounded nonlinear systems is also developed. With the state estimated by the decentralized observer we design an output feedback decentralized controller that stabilizes the system. Another problem that is solved in this work is the design of a decentralized H1 robust controller for a class of time-varying norm bounded nonlinear systems subject to external disturbances. Examples illustrating the application of the proposed methodologies are presented / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T15:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Vieira_HenriquedeSouza_M.pdf: 1027517 bytes, checksum: 9dcae7f42b15c7b6a4659c57bea547f7 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Os problemas de estabilização e controle H? robustos por realimentação de estados para sistemas lineares incertos em domínios politópicos são investigados nesta dissertação. São propostas novas técnicas de síntese baseadas em condições LMIs com busca em escalares, abordando de maneira unificada sistemas contínuos e discretos no tempo. A principal novidade da técnica proposta é o uso efetivo de matrizes de Lyapunov polinomiais de grau arbitrário para certificar a estabilidade robusta do sistema em malha fechada. A segunda vantagem da abordagem proposta é que as melhores condições de síntese por realimentação de estados atualmente disponíveis na literatura podem ser reproduzidas por meio de escolhas particulares dos parâmetros escalares. Para o problema de controle H? também é proposto um procedimento iterativo como alternativa à busca dos escalares. Experimentos numéricos ilustram o potencial e a eficácia da técnica proposta / Abstract: The problems of robust stabilization and H? control by state-feedback for uncertain linear systems in polytopic domains are investigated in this dissertation. New synthesis techniques based on LMI conditions with scalar searches, addressing in a unified way continuous and discrete-time systems, are proposed. The main novelty of the proposed method is the effective use of polynomial Lyapunov matrices of arbitrary degree to certify the robust stability of the closed-loop system. The second advantage of the proposed approach is that the best currently available state-feedback synthesis conditions in the literature can be reproduced by particular choices of the scalars. Regarding the H? control problem, an iterative procedure is also proposed as an alternative to the scalar searches. Numerical experiments illustrate the potential and efficacy of the proposed methods / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Em metalurgia, a busca pela qualidade, baixo custo e alta produtividade têm feito empresas e institutos de pesquisa trabalharem juntos, procurando novas tecnologias que supram as necessidades do mercado. Dentre essas novas tecnologias, se destaca o processo de lingotamento contínuo de tiras de aço, utilizando o conceito de twin roll, cuja proposição inicial foi sugerida no século XIX por Henry Bessemer. Este trabalho apresenta a modelagem, análise e controle de um sistema de bobinamento de tiras de aço produzidas através de lingotamento contínuo do tipo twin roll , em uma planta localizada no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. As características do processo foram primeiramente apresentadas. A modelagem matemática do sistema de bobinamento foi realizada, levando-se em consideração os componentes envolvidos no sistema. As variações paramétricas foram então evidenciadas. O sistema de controle foi primeiramente implementado utilizando-se um controlador do tipo PID, pelo fato desse tipo de controle ser altamente difundido industrialmente. Para maior precisão do sistema de controle, propôs-se a introdução de um sensor ultrasônico para medição das variações do raio de bobinamento. Por último realizou-se o projeto de um compensador robusto utilizando a metodologia LQG/LTR. Para a realização das simulações utilizou-se o programa Matlab/simulink. / In metallurgy, the quest for quality, low cost, and high productivity have resulted in companies and research institutes working together to find new technologies to satisfy the customer demand. Among these new technologies is the direct steel strip casting, using the twin roll concept suggested in the 19th century by Henry Bessemer. This work presents the modelling, analysis and control of a steel strip coiling system using twin roll direct casting, in a plant installed at the Technological Research Institute of Sao Paulo. The characteristics of the process are first introduced. The mathematic modelling of the coiling system used, take into account the system components. The parametric changes were adressed. The control system was first implemented using a PID controller as this kind of control is highly used in the industry. An ultrasonic sensor was introduced in the system to improve the control precision by coiling radius measurement. Last a robust compensator using the LQG/LTR method was designed. The simulations were done using Matlab/Simulink software.

O restaurador dinâmico de tensão (DVR) é uma solução baseada em eletrônica de potência para minimizar os problemas causados por afundamentos e elevações de tensão em equipamentos ou cargas sensíveis a esses tipos de distúrbios. Basicamente a operação do DVR consiste em injetar na rede tensões de correção com a finalidade de anular o afundamento ou a elevação na tensão aplicada à carga. Tipicamente, a estrutura do controlador utilizado em um DVR é composta por uma malha interna de corrente e uma malha externa de tensão. Usualmente um controlador do tipo proporcional ou proporcional integral é utilizado na malha interna de corrente e um controlador ressonante é utilizado na malha externa de tensão. O presente trabalho apresenta um projeto de controlador robusto para rastreamento da tensão injetada pelo DVR que garante estabilidade robusta do sistema com respeito à variação dos parâmetros da carga. Além disso, o controlador proposto garante valores pré-definidos para o erro de rastreamento e para a rejeição do distúrbio causado por correntes de carga distorcidas na tensão injetada pelo DVR. A síntese do controlador robusto de tensão é feita com base no método de projeto H? pela formulação da sensibilidade mista. Todas as especificações de desempenho e robustez são impostas por meio de restrições nos diagramas de resposta em frequência do sistema em malha fechada (funções sensibilidade e sensibilidade complementar). O desempenho do controlador proposto é verificado e a metodologia de projeto é validada por simulações e experimentos realizados em um DVR de baixa potência. / The Dynamic Voltage Restorer (DVR) is a power electronics based solution for mitigation of voltage sags and swells effects on sensitive loads, which basically injects voltages in series with the grid. Typically the controller structure for a DVR is composed by an inner current loop and an outer voltage loop. Usually proportional or a proportional-integral controller is used for the current loop and a resonant controller is used for the voltage loop. This paper presents the design of a robust controller for the voltage tracking loop of a DVR that guaranties the robust stability against load parameters variation. Moreover, the proposed controller assures the tracking of a sinusoidal voltage waveform, as well the rejection of the non linear load current influence, both with a pre specified error. The voltage controller design is based on H? mix-sensitivity parameter specification approach. All the performance and robustness requirements are specified and analyzed based on the frequency response plot of closed loop transfer function (sensitivity and complementary sensitivity functions). The proposed controller performance is validated by simulation and by experiments carried out on a low scale DVR prototype.

Nesta dissertação é realizado um estudo comparativo entre controladores robustos projetados para sistemas lineares em espaço de estado sujeitos a incertezas paramétricas. O objetivo é resolver problemas de acompanhamento de trajetória de robôs. O estudo é realizado em um robô móvel com tração diferencial e em um quadricóptero. Para tal, é aplicado um Regulador Linear Quadrático Robusto no qual engloba em uma estrutura unificada todos os parâmetros de incerteza de entrada e saída de maneira recursiva, útil em aplicações em tempo real. A fim de demonstrar a eficiência do Regulador Robusto, resultados de simulações e de experimentos são empregados comparando-o com controle Η∞ não linear via teoria dos jogos e com um controle Proporcional-Derivativo mais torque calculado. / This work provides a comparative study between robust controllers for linear statespace systems subject to parametric uncertainties to solve trajectory tracking problems. The study is developed in a mobile robot with differential traction and in a quadricopter. A Robust Linear Quadratic Regulator is applied, which encompasses in a unified framework all input and output uncertain parameters, useful in online applications. In order to show the effectiveness of the robust regulator, simulations and experiments results allow the comparison with nonlinear Η∞ control via game theory and with a Proportional- Derivative control plus computed torque.

The objective of this thesis is to propose a design method for controllers to secure specified robust oscillation amplitude and frequency for separable nonlinear systems exhibiting unavoidable or desirable limit cycles. The design approach of robust limit cycle controllers introduced here can be used for autonomous systems with separable single-input-single-output nonlinearities. The proposed design approach consists of quasi-linearization of the nonlinearity via the Describing Function (DF) method and then shaping the loop to reach desired limit cycle characteristics. As the DF method is used, loop shaping takes place in the Nyquist plot, because the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is related to the limit cycle characteristics of the system. In the problem addressed in this thesis, the original linear subsystem (i.e. without controller) is considered as an uncertain system with unstructured uncertainty. A condition to be satisfied by the shaped loop is given such that the controlled system has limit cycle characteristics as close as possible to the nominal characteristics even though the uncertainty considered. Three requirements are satisfied in the loop shaping step. The first requirement assures the nominal desired limit cycle characteristics in the designed system. The second is related to limit cycle stability, i.e., if a (small) perturbation disturbs the limit cycle of the controlled system, it will return to the earlier limit cycle. The third requirement addresses the robustness question, and the condition mentioned before is used. After the loop is shaped to satisfy the requirements, a controller is computed so that the controlled linear subsystem transfer function is equal the transfer function obtained in the loop shaping. This approach is applicable to systems with linear subsystems that are minimum phase. In some cases it may be necessary to add a high frequency pole in order to obtain a proper controller. Examples are given in order to illustrate the robustness of the controlled system with respect to uncertainty in the linear subsystem model. In the first example the intersection between the loop shaped loci and the DF negative reciprocal loci is on the real axis. In the second example the crossing point is not on the real axis and so, restrictions more generals than the ones used in the first example are used. In the third example the crossing point is on the real axis and output disturbance is considered.

Por sua relevância prática, por exemplo no controle de atitude com atuadores on-off, a dinâmica de sistemas chaveados tem recebido atenção crescente. Um dos aspectos ainda pouco investigado é o impacto de restrições temporais de chaveamento e outros fenômenos não-lineares sobre a dinâmica destes sistemas. Os estudos desenvolvidos, até o momento, têm-se baseado em análise teórica e simulação. O presente trabalho ocupa-se com o desenvolvimento de um sistema de laboratório para viabilizar investigações experimentais com sistemas chaveados. O sistema desenvolvido possui dinâmica semelhante à do estágio superior de um veículo lançador de satélites. Este sistema é controlado via software e consiste em uma plataforma girante, um sensor de atitude e atuadores. O software permite implementação de diferentes não-linearidades, por exemplo diferentes restrições de chaveamento, podendo assim ser implementadas uma série de características relevantes no estudo de sistemas chaveados. A função descritiva foi a principal ferramenta utilizada para representar as não-linearidades durante a análise do sistema de controle e na identificação do modelo do protótipo. Uma técnica de projeto de controladores robustos foi avaliada experimentalmente e tais controladores tiveram desempenho melhor do que os controladores tradicionais. A utilidade do protótipo no estudo de movimentos complexos, tais como movimentos persistentes não periódicos, é enfatizada.

This work develops a systematic design procedure for flight control laws design which allows: the use of best practices; compatibility with current fly-by-wire implementation; and integration with aircraft and systems design. Such procedure is based on a two-degree-of-freedom control structure, the first degree of freedom defining input to output characteristics and the second coping with disturbance rejection, noise rejection and robustness. The procedure uses a frequency domain based uncertainty description for treating robustness. A case study comprising a primary longitudinal flight control law design for a business aircraft is defined to evaluate the procedure. Results show the adequacy of the procedure: to coalesce many different requirements into simpler ones; evidence compromises between different requirements; design robust control laws given a set of reasonable requirements.

Em sistemas de controle aeronáutico, aeronaves flexíveis são aquelas cuja dinâmica estrutural possui freqüências próximas às de corpo rígido. Filtros estruturais do tipo notch são tipicamente implementados quando existe separação suficiente entre o modo de maior freqüência da dinâmica de corpo rígido e o modo de menor freqüência da dinâmica estrutural. Entretanto, para aeronaves que apresentam maior flexibilidade estrutural, os filtros citados não são efetivos no seu papel. Neste trabalho, é descrito um modelo da aeronave flexível B1, disponível na literatura, que integra as dinâmicas de corpo rígido e flexível. Um piloto automático de altitude para aeronaves flexíveis é projetado utilizando duas técnicas de controle robusto: HIFOO (H8 Fixed-Order Optimization) e Loop Shaping. Estas técnicas são apresentadas, discutidas e seus resultados, comparados.