Aplicação de controle com modos deslizantes em sistemas com atraso na aquisição de dados

Abstract

Variable Structure Control with Sliding Mode (VSC/SM) has robustness to matched uncertainties and flexibility in the sliding surface choice which allows its use in different control systems. The discrete version of the VSC/SM allows using this technique in digital devices without emulation. However, one problem that the VSC/SM confronts, both in continuous-time and discrete-time, is its delay sensitivity, regardless of the delays’ origin. Suppress the negative effects of delays in VSC/SM becomes of fundamental importance, since delays are a practical problem. In this context, this paper introduces a strategy that minimizes the data acquisition delay effects in control systems with continuous-time and discrete-time sliding modes. The strategy consists in adapting state predictors originally designed for systems with control signal delays to work with data acquisition delays, enabling the VSC/SM in systems suffering long periods of data acquisition delay. The inclusion’s influence of these predictors in the control loop is analyzed for cases where uncertainties in the controlled system and differences between estimated delay and actual delay exist. In order to validate the proposed strategy simulations and experiments were performed on a bench active suspension system and a ball balancer system, equipments manufactured by Quanser R . The results prove the effectiveness of the proposed method both in simulations and in bench tests.

O Controle com Estrutura Variável eModos Deslizantes (CEV/MD) apresenta robustez a incertezas casadas e flexibilidade na escolha da superfície de deslizamento, permitindo sua utilização no controle de diferentes sistemas. A versão discreta do CEV/MD possibilita a utilização desta técnica em dispositivos digitais sem recorrer à emulação. Contudo, um dos problemas que o CEV/MD enfrenta, tanto em sua versão contínua quanto na discreta, é sua sensibilidade a atrasos, independentemente da origem destes. Suprimir os efeitos negativos dos atrasos no controle CEV/MD torna-se de importância fundamental, pois os atrasos são um problema de natureza prática. Neste contexto, esse trabalho introduz uma estratégia que minimiza os efeitos dos atrasos em aquisição de dados em sistemas de controle com modos deslizantes, em tempo contínuo e discreto. A estratégia consiste em adaptar preditores de estado originalmente projetados para sistemas com atrasos no controle para trabalhar com atrasos de aquisição de dados, possibilitando o uso do CEV/MD em sistemas que sofrem grandes períodos de atraso na aquisição de dados. A influência da inclusão destes preditores na malha de controle é analisada para os casos onde existem incertezas no sistema controlado e quando o atraso estimado difere do atraso real. Para validação da estratégia foram realizadas simulações e experimentos práticos em um sistema de suspensão ativa de bancada e em um sistema ball balancer, equipamentos fabricados pela Quanser R . Os resultados comprovam a eficácia do método proposto tanto nas simulações quanto nos testes realizados em bancada.