Desenvolvimento de um ambiente computacional para ensino de Controle Fuzzy

Resumo:

Este artigo visa apresentar o desenvolvimento de uma plataforma que permite ao usuário projetar, alterar e implementar controladores baseados em lógica Fuzzy. A aplicação foi implementada em C++ utilizando comunicação com uma planta didática via Socket, baseado no protocolo TCP/IP. O ensino de controle inteligente está presente em diversas universidades do país, assim, surgiu a necessidade de criação de um ambiente dinâmico, gratuito, no qual o aluno possa interagir diretamente com plantas reais através do mesmo software no qual ele projeta o controlador Fuzzy.

 

 

   

Controle em sistemas com atraso na rede de comunicação utilizando preditores de estado

Resumo:

O uso de redes de comunicação para conectar elementos da malha de controle distantes uns dos outros traz vantagens como a flexibilidade na estrutura de controle e menores custos. Porém, esta estratégia também traz novos desafios, visto que as redes de comunicação utilizadas nesta tarefa comportam-se de maneira não ideal. Um dos problemas enfrentados é o aparecimento de atrasos na transmissão de dados tanto entre os sensores e o controlador quanto entre o controlador e os atuadores. Neste trabalho é proposto o uso de preditores de estado em cascata para lidar com atrasos constantes e conhecidos na transmissão de dados. Resultados de simulação e de bancada em um sistema Ball Balancer são apresentados e comprovam a eficiência da estratégia proposta.

 

   

Projeto e implementação de um Controlador Robusto Chaveado Utilizando Modelos Fuzzy Takagi-Sugeno

Resumo:

O trabalho apresenta o projeto e implementação prática de um método de controle chaveado recentemente proposto para sistemas não lineares incertos descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O projeto do controlador chaveado é baseado na função de Lyapunov quadrática por partes do tipo mínimo e na minimização da derivada temporal desta função de Lyapunov. As condições do novo critério de estabilidade são representadas por um tipo de desigualdades matriciais bilineares (do inglês Bilinear Matrix Inequalities - BMIs) que podem ser resolvidas de forma eficiente pelo método path-following. A metodologia elimina a necessidade de encontrar as expressões das funções de pertinência, que podem ser complicadas ou dependerem das incertezas da planta, para a implementação da lei de controle. O projeto do sistema de controle sujeito a falhas e a implementação prática de um sistema 2D ball balancer confirmam a eficiência do método.

   

Experimental Design of Robust Controller for a Rigid Flexible Satellite

Abstract:

Future space missions with flexible structures like robotic manipulators; solar sail and satellite with large panels and/or antennas will need great performance and robustness of the Attitude Control Systems (ACS) algorithms. Major limiting factors of that control system are the unwanted vibrations of the flexible parts after big manoeuvres in space. As a result, an active ACS must be used to compensate and/or to damp out the remaining flexible vibrations. On the other hand, one way to increase reliability and reduce cost of the ACS project is using experimental platforms and prototypes to simulate space conditions. Experimental test has the advantage of introducing more realism than the computer simulation, although, it has the difficulty of reproducing zero gravity and torque free space condition. In this paper one studies the dynamics and the control system of a rigid flexible beam using the Quanser Rotary Flexible Link System. The dynamics is investigated by two mathematical models. The first one is developed using the single mass- spring approach and the second one using the assumed modes method. The control system is designed using the traditional LQR (Linear Quadratic Regulator) technique. Although the LQR is very well know, a first important objective of this study is to highlight the advantages and benefits of using experimentally the LQR approach as for control algorithm development aiming at a flexible satellite on board computer implementation. The second is to compare the LQR controller performance and robustness when it is designed using the mass-spring model and the assumed modes model.

   

Backstepping Controllers for a Cart-Pole System in Two Configurations

Abstract:

The cart-pole system is an underactuated system, with two possible configurations: (i) Gantry, it is an stable system, but under perturbation the system shows a strong swing; (ii) Inverted pendulum, it is an inherently unstable system. The system consists on a single pole mounted on a linear cart whose axis of rotation is perpendicular to the direction of motion of the cart, it is the Linear Motion Servo Plant of the Quanser. The backstepping is a recursive design procedure which finds a Lyapunov function and a control law, this is called “backstepping”, such that the controlled system is asymptotically stable. The backstepping procedure is applied to both configurations and for linear and nonlinear models. The purpose of this paper is to show that both configurations, under linear and nonlinear backstepping controllers track a defined trajectory (here there is a square wave signal) for the cart with minimum swing of the pole, as well as these controllers are appropriated to control underactuated cart-pole system of Quanser.

 

   

Projeto de Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes de Ordem Completa por D-Estabilidade

Resumo:

Este artigo apresenta uma técnica sistemática de projeto da superfície de chaveamento para o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes de Ordem Completa aplicada em sistemas lineares e invariantes no tempo, através de Desigualdade Matricial Linear (LMI), do inglês Linear Matrix Inequality, baseada na alocação robusta de autovalores em uma região específica do semi-plano esquerdo do plano complexo, denominada região D-estável. A determinação da região D-estável está diretamente relacionada com os índices de desempenho desejados para a resposta transitória do sistema controlado perante as incertezas nos parâmetros do sistema, que podem estar relacionados às condições de operação, falhas estruturais ou tolerâncias nos seus compo- nentes. Uma implementação experimental desta estratégia de projeto e controle, aplicada no controle de posição de uma suspensão ativa, ilustra as principais características do procedimento proposto.

   

Desenvolvimento de um software para automação de processos utilizando lógica fuzzy

Resumo:

Este artigo apresenta o projeto e implementação de um software que permite a modelagem, construção e edição de sistemas de inferência fuzzy. O software, que foi desenvolvido utilizando a linguagem Java, apresenta uma interface simples, funcional e bastante intuitiva, além de possuir uma licença freeware. O ambiente desenvolvido permite ainda a aplicação das regras de inferência criadas no controle de processos industriais, utilizando o padrão OPC para comunicação com os equipamentos de campo. As principais características do sistema desenvolvido são flexibilidade, robustez, confiabilidade e facilidade de expansão.

 

   

Estabilidade robusta H∞ de sistemas lineares: Uma implementação em um helicóptero 3-DOF de bancada

Resumo:

O projeto de controlador robusto H∞/α−estabilidade, para uma classe de sistemas lineares incertos é investigado neste trabalho. Novas condições, na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs), para o projeto do controlador robusto que estabilize o sistema e minimize o custo garantido H∞, contemplando restrições de desempenho são estabelecidas. A inclusão da α − estabilidade junto a LMI de restrição de desempenho H∞ evita a inclusão da restrição da taxa de decaimento. A metodologia proposta permite a inclusão de restrições de desempenho e é ilustrada através de um exemplo com implementação prática de um helicóptero 3-DOF de bancada.

 

   

Controle automático de altitude de um helicóptero com dois graus de liberdade

Resumo:

O presente trabalho trata do controle automático da atitude de um helicóptero com dois graus de liberdade (2DOF HELICOPTER). São tratados os problemas de (i) obtenção das equações dinâmicas do dispositivo através da mecânica Lagragiana e (ii) especificação e teste de controladores para controle automático dos ângulos de arfagem e guinada do dispositivo. Serão abordadas diferenças considerando ou não o acoplamento entre os comandos de arfagem e de guinada.

 

   

Controle robusto por alocação de pólos aplicado a um sistema de dois tanques

Resumo:

Este artigo visa estudar e aplicar técnicas de projetos de controladores robustos para uma planta de controle de nível de um sistema de dois tanques utilizando análise intervalar nas incertezas paramétricas do modelo. Inicialmente será realizado um estudo do sistema de dois tanques e sua modelagem matemática. Em seguida, será aplicada a técnica de controle robusto por alocação de pólos usando análise intervalar. A técnica de alocação será aplicada para obter controladores com estruturas PID. Será apresentado o projeto do controlador robusto e os resultados comparados ao projeto de controladores PID tradicionais.

 

   

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