Sba: Controle & Automação Sociedade Brasileira de Automatica, Volume: 21, Issue: 1, Published: 2010
  • PMV-MBPC algorithms for thermal comfort: an application to a test-cell Controle Preditivo

    Donaisky, Emerson; Oliveira, Gustavo H. C.; Mendes, Nathan

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo trata o problema de controle de conforto térmico para ocupantes de edificações. Conforto térmico e um conceito de difícil definição e neste trabalho, utilisa-ze índice PMV (Predicted Mean Vote) para sua avaliação. Através deste índice, duas estratégias de controle preditivo caracterizadas por ter restrições terminais, denominadas aqui de PMV-MBPC (PMV Model Based Predictive Controller), são apresentadas. Na primeira estratégia, a gestão do conforto termico é realizada através da geração de sinais de referêsencia para o controlador, que otimiza o valor de PMV dentro de uma zona térmica da edificação. Na segunda, o modelo de PMV está incluso nos cálculos de previsão do controlador, gerando um modelo não-linear com estrutura Wiener. Resultados relacionados com a garantia de estabilidade do sistema em malha fechada são propostos. Neste contexto, um ambiente para testes (célula-teste) de sistemas de controle é descrita e a primeira abordagem é então implementada em tempo real neste ambiente usando um aquecedor a óleo. Resultados experimentais ilustram o desempenho do sistema controle para conforto térmico. Adicionalmente, resultados de simulação, conduzidos com dados climáticos horários, ilustram também o desempenho dos algoritmos de controle.

    Abstract in English:

    The present paper is focused on thermal comfort control problem for building occupants. Thermal comfort is a concept difficult to define and, here, the PMV (Predicted Mean Vote) index is used by means of two predictive control strategies, characterized by having terminal constraints, called here PMV-MBPC (PMV Model Based Predictive Controller). The first thermal comfort control strategy is based on generating a temperature set-point signal that optimizes the building (single zone) internal PMV value. The second one includes the PMV model in the controller prediction computations, generating a non-linear PMV model having Wiener structure. Results related to closed loop system stability are proposed. In this context, an environment for control systems tests is described and the first approach is then implemented in real time using an oil-heater and this environment. Experimental results illustrate the thermal comfort control system performance. Additionally, simulation results, conducted with hourly weather data, also illustrate the control algorithms performance.
  • Reference tracking strategy for discrete-time systems with saturating actuators Controle Sob Restrições

    Flores, Jeferson Vieira; Silva Jr, João Manoel Gomes da

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho aborda o problema de seguimento de referências em sistemas lineares sujeitos à saturação dos atuadores através de uma representação no espaço de estados. O objetivo é garantir o seguimento de referências constantes e a rejeição de perturbações também constantes, em regime permanente, através da adição de uma ação integral a uma malha de controle com realimentação unitária. Base-ado nesta estrutura, condições na forma de inequações matriciais são propostas para o projeto simultâneo de uma realimentação de estados estabilizante e de um controlador de anti-windup estático. Estas condições garantem que as trajetórias do sistema em malha fechada são limitadas em um conjunto invariante se as condições iniciais do sistema pertencerem a este conjunto e se as referências/perturbações pertencerem a um certo conjunto admissível. Problemas de otimização baseados em inequações matriciais lineares (LMIs) são então propostos para maximizar os conjuntos de referências/perturbações e/ou condições iniciais admissíveis.

    Abstract in English:

    This paper addresses the problem of tracking constant references for linear systems subject to actuator saturation considering an state-space framework. The constant reference tracking and the constant disturbance rejection are taken into account by the introduction of an integral action in a unitary output feedback scheme. Based on this structure, conditions to design simultaneously a stabilizing feedback gain and an anti-windup gain are presented in the form of matrix inequalities. These conditions ensure that the trajectories of the closed-loop system are bounded in an invariant ellipsoidal set, provided that the initial conditions are taken in this set and the references and the disturbances belong to a certain admissible set. LMI-based optimization problems are then proposed to compute the gains aiming at enlarging the set of admissible references, disturbances or initial conditions.
  • Robust and fault tolerant control of wheeled mobile robots in formation Robótica

    Siqueira, Adriano A. G.; Terra, Marco H.; Francisco, Tatiane B. R.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo trata de controle robusto e controle tolerante a falhas de movimentos coordenados de robôs móveis com rodas. O controle robusto é baseado em controle H∞ não linear por realimentação da saída. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H∞ por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. A coordenação é realizada em função de um lider e qualquer robô da formação pode assumir a liderança de maneira aleatória. Os robôs móveis trocam informações de acordo com um grafo de comunicação direcionado (dígrafo), definido a-priori.

    Abstract in English:

    This paper deals with robust and fault tolerant controls of wheeled mobile robots (WMRs) in formation. The robust approach is based on output feedback nonlinear H∞ control. The fault tolerant approach is based on output feedback H∞ control of Markovian jump linear systems to ensure stability of the formation when one of the robots is lost during the coordinated motion. The coordination is performed with the robots following a leader, and any robot of the formation can assume the leadership randomly. The mobile robots exchange informations according to a pre-specified communication directed graph (digraph).
  • Robot navigation using implicit curves Robótica

    Gonçalves, Vinicius Mariano; Maia, Carlos Andrey; Pereira, Guilherme Augusto Silva; Pimenta, Luciano Cunha de Araújo

    Abstract in Portuguese:

    Em diversas aplicações robóticas que incluem monitoramento, mapeamento e vigilância, robôs devem seguir caminhos fechados que podem ter formas diversas, determinadas pela aplicação. Neste artigo é proposta uma metodologia para navegação de robôs em tarefas como estas, onde o caminho do robô pode ser definido como a intercessão de cur-vas de nível de determinadas funções. Além do caminho, a lei de controle do robô também é definida por meio de um campo vetorial criado a partir destas funções. A principal contribuição deste artigo é a construção de campos vetoriais em espaços n-dimensionais. Prova-se que um robô holonômico controlado por este campo converge e circula a curva especificada. O artigo mostra ainda que o campo resultante é contínuo e pode ser modificado para manter o módulo da velocidade do robô constante, característica importante para controle de alguns robôs aéreos, como é o caso de aviões não-tripulados. Finalmente, é mostrada uma técnica numérica, baseada na soma ponderada de funções de base radial, para criação das funções que determinam o caminho a ser seguido pelo robô. Simulações realizadas com um robô móvel não-holonômico sujeito a erros de localização ilustram o potencial da técnica para a navegação de diversos tipos de robôs.

    Abstract in English:

    In several applications in robotics, including monitoring, mapping, and surveillance, robots must follow closed curves with several different shapes determined by the application. In this paper, it is proposed a methodology for robot navigation in tasks where the robot path can be specified by the intersection of level sets of given functions. Besides the path, the control law is also defined by a vector field created using these functions. The main contribution of this work is the computation of n-dimensional vector fields and the proofs that a holonomic robot controlled by this vector field converges and circulates the specified curve. The paper also shows that the resulting field is continuous and can be modified to maintain constant robot speed, an important characteristic for controlling airplane based aerial robots. Finally, it is shown a numerical technique, based on the weighted sum of radial basis functions, for the construction of the functions that determine the robot path. Simulations with a nonholonomic mobile robot subject to localization errors illustrate the potential of the method to drive several types of robots.
  • Methodology and computational tool for testing nonconflict on modular control of discrete event systems Sistemas A Eventos Discretos

    Pena, Patrícia N.; Cunha, Antonio E.C.; Cury, José E. R.; Lafortune, Stéphane

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo apresenta contribuições ao uso de abstrações no controle modular de sistemas a eventos discretos. Inicialmente, propõe-se a estratégia W ○ T para a construção de abstrações para o teste de não-conflito. Em seguida, apresenta-se uma ferramenta computacional eficiente para o problema de verificar se uma abstração satisfaz a propriedade de observador (OP); esta propriedade tem um papel importante na abordagem de verificação de não-conflito de supervisores modulares baseada em abstrações. Esta ferramenta é então utilizada para validar a estratégia W ○ T no contexto de um estudo de caso correspondendo a um exemplo de sistema de manufatura de médio porte.

    Abstract in English:

    This paper presents contributions on the use of abstractions in modular control of discrete event systems. First, the W ○ T-strategy is presented for the construction of abstractions for the nonconflict test of local modular supervisors. Second, an efficient computational tool is introduced for the problem of verifying if given abstractions of modular supervisors satisfy the so-called observer property (OP); the observer property plays an important role in the validity of the nonconflict test over abstractions. Finally, this new computational tool is used to validate the W ○ T strategy in the context of a case study of a comprehensive manufacturing example.
  • Output-feedback control for uncertain systems with strong nonlinearities Sistemas Nao-Lineares

    Oliveira, Tiago Roux; Peixoto, Alessandro Jacoud; Hsu, Liu

    Abstract in Portuguese:

    Um controlador livre de peaking baseado em modos deslizantes e realimentação de saída é introduzido para o rastreamento de uma classe de sistemas não-lineares incerta utilizando observadores de alto ganho e o conceito de tempo de espera na ativação do sinal de controle. Estabilidade exponencial global (semi-global) e bom comportamento transitório são obtidos. Um esquema de monitoração é também proposto para lidar com o fenômeno de peaking do HGO induzido por perturbações de saída.

    Abstract in English:

    A peaking free output-feedback tracking sliding mode controller based on high-gain observers (HGO) and control activation dwell-time is introduced for a general class of uncertain single-input-single-output (SISO) nonlinear systems. Global or semi-global practical exponential stability with enlarged domains of attraction and significantly improved transient behavior are obtained. A monitoring scheme is also proposed to deal with HGO peaking induced by output exogenous disturbances.
  • Convex relaxations with guaranteed convergence for control design of takagi-sugeno fuzzy systems Sistemas Nebulosos

    Montagner, Vinícius F.; Oliveira, Ricardo C. L. F.; Peres, Pedro L. D.

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo fornece condições convexas com convergência garantida para o projeto de controladores por realimentação de estados que estabilizam quadraticamente e também asseguram desempenhos ótimos H2 e H∞ sob estabilidade quadrática para sistemas nebulosos de Takagi-Sugeno contínuos no tempo. As condições propostas são formuladas como desigualdades matriciais lineares (LMIs) dependentes de parâmetros com variáveis de folga provenientes do Lema de Finsler e com parâmetros pertencentes ao simplex unitário. A lei de controle nebulosa é dada por um ganho de realimentação de estados que é um polinômio homogêneo de grau g, que tem como caso particular o compensador paralelo distribuído quando g = 1. Propriedades algébricas dos parâmetros do sistema e resultados recentes sobre positividade de polinômios são usados para construir relaxações LMIs que, diferentemente da maioria das relaxações da literatura, convergem assintoticamente para a solução sempre que esta existir. Graças ao grau de liberdade obtido pelo uso de variáveis de folga, as condições apresentadas no artigo representam avanços em relação a condições recentemente publicadas baseadas no Teorema de Pólya, e podem ser vistas como uma alternativa a técnicas baseadas na relaxação de formas quadráticas. A eficiência numérica em termos de precisão e esforço computacional é demonstrada por meio de comparações com outros métodos da literatura.

    Abstract in English:

    This paper provides convex conditions with certificates of convergence for the design of state feedback controllers that quadratically stabilize and also ensure optimal H2 and H∞ performances under quadratic stability for Takagi-Sugeno continuous-time fuzzy systems. The proposed conditions are formulated as parameter-dependent linear matrix inequalities (LMIs) that have extra variables from Finsler's lemma and parameters belonging to the unit simplex. The fuzzy control law is written as a state feedback gain that is a homogeneous polynomial of degree g, encompassing the parallel distributed compensator as a special case when g = 1. Algebraic properties of the system parameters and recent results of positive polynomials are used to construct LMI relaxations which, differently from most relaxations in the literature, asymptotically converge to a solution whenever such solution exists. Due to the degree of freedom obtained with the extra variables, the conditions presented in the paper are an improvement over earlier results based on Pólya's theorem and can be viewed as an alternative to the use of techniques based on the relaxation of quadratic forms. The numerical efficiency in terms of precision and computational effort is demonstrated by means of comparisons with other methods from the literature.
  • Alternative LMI conditions for Takagi-Sugeno systems via Fuzzy Lyapunov function Sistemas Nebulosos

    Mozelli, Leonardo Amaral; Avellar, Gustavo Silva Castilho de; Palhares, Reinaldo Martinez; Santos, Rafael Ferreira dos

    Abstract in Portuguese:

    Este trabalho versa sobre análise de estabilidade e projeto de controladores para sistemas fuzzy Takagi-Sugeno (TS) contínuos no contexto de desigualdades matriciais lineares (LMIs). Aplicando uma estratégia de relaxaçao a um tipo de funçao de Lyapunov fuzzy proposta recentemente, é possível obter novas condições de estabilidade descritas por LMIs. Essas novas condições conferem novos graus de liberdade ao problema LMI, reduzindo o conservadorismo. Mais do que isso, tal estratégia permite a síntese de controladores inteiramente por meio de LMIs, uma característica bem mais atrativa do que os procedimentos baseados em desigualdades matriciais bilineares (BMIs) presentes na literatura. Teste numéricos e simulações ilustram as vantagens da nova metodologia.

    Abstract in English:

    This paper deals with the stability analysis and control design for continuous Takagi-Sugeno fuzzy systems in a linear matrix inequality (LMI) framework. New LMI stability conditions are obtained by applying a relaxation strategy in a recently proposed fuzzy Lyapunov function. In these new LMI stability conditions, new degrees of freedom are introduced, such that the conservativeness can be reduced. Furthermore, these conditions allow to design the control law entirely described by LMIs, which is much more attractive than bilinear matrix inequalities (BMI) approaches available in the literature. Numerical tests and simulations illustrate the advantages of the new methodology.
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