Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013 / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:12:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2013 / O controle de robôs móveis não holonômicos é um problema
para o qual existem lacunas a serem preenchidas. As principais técnicas de
controle têm desempenho limitado no tocante à robustez e implementação
prática e ainda dificuldades no tratamento de restrições não holonômicas. O
controle por modo deslizante é uma técnica que se mostra bastante adequada
para tratar este problema, devido a sua característica de oferecer robustez restringindo
o sistema. Todavia, a implementação prática da sua forma clássica,
o controle por modos deslizantes de primeira ordem, sofre com efeitos de
chattering, devido à excitação de dinâmicas rápidas negligenciadas e a limitação
na frequência de chaveamento do sinal de controle. Algumas soluções
conhecidas para compensar o chattering têm como desvantagem a redução de
robustez. Uma técnica de controle por modo deslizante de segunda ordem é
considerada como solução, pois minimiza o chattering mantendo suas propriedades
de robustez. Trata-se do algoritmo super- twisting que além das características
enumeradas, possui implementação simples e tem bom desempenho
numérico. Neste trabalho, aborda-se o problema de controle de rastreamento
de trajetória para um robô móvel sujeito a restrições não holonômicas cuja
representação de estado é feita com um modelo cinemático em cascata com
um modelo dinâmico. A solução proposta nesta tese é a síntese de uma estrutura
de controle composta por um controlador cinemático e um controlador
dinâmico. O controlador cinemático é sintetizado com a técnica de controle
super-twisting e tem como principal produto restrições que ao serem impostas
ao sistema garantem o rasteamento robusto de trajetórias. Para isso, gera um
sinal de controle em velocidade a ser rastreado pelo controlador dinâmico,
que consiste de uma lei de controle por dinâmica inversa com um controlador
externo proporcional e derivativo (PD). O controle PD auxilia na redução de
chattering, pois sua ação diminui a influência das dinâmicas negligenciadas.
Para ilustrar as características dos controladores propostos, são apresentados
resultados de simulação e experimentos obtidos em ensaios com um robô
móvel sobre rodas diferencial de médio porte <br> / The control of mobile robots is still an open problem. The
main control techniques have limited performance with respect to robustness
and practical implementation and yet some difficulties in handlind nonholonomic
restrictions. The sliding mode control is a technique that proves to be
quite adequate to address this problem, due to its characteristic of offering robustness
by constraining the system. However, the practical implementation
of the classic form of this technique, the first order sliding mode control, suffers
from chattering effects, due to the excitation of neglected fast dynamic
and frequency limitation of the switching control signal. Some known solutions
to overcome the chattering has the disadvantage of reducing the ideal
robustness of the technique. A second order sliding mode control technique
is considered as a solution since it minimizes this problem maintaining its
robustness properties. This is the super-twisting algorithm that in addition to
the features listed, its implementation is simple and has good numerical performance.
This work addresses the trajectory tracking control problem for a
mobile robot subject to nonholonomic constraints and represented in the state
space by a kinematic model in cascade with a dynamic model. The proposed
solution in this thesis is the synthesis of a control structure comprising a kinematic
controller and a dynamic one. The kinematic controller is designed
with the super-twisting control technique and has as main product restrictions
that when imposed to the system ensure the robust trajectory tracking.
For that, it generates a velocity control signal to be tracked by the dynamic
controller, which consists of an inverse dynamic control law with proportional
plus derivative (PD) control. The additional PD control law plays an
important role in assisting in the reduction of chattering, as its action decreases
the influence of neglected dynamics. To illustrate the characteristics of the
proposed controllers, simulation and also experimental results are obtained in
trials with a differential wheeled mobile robot.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/122663 |
| Date | January 2013 |
| Creators | El youssef, Ebrahim Samer |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, De Pieri, Edson Roberto, Moreno, Ubirajara Franco |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 161 p.| il., grafs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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