Projeto de controladores robustos para sistemas sujeitos a falhas estruturais usando realimentação estática de saída

Abstract

Este trabalho trata do problema de estabilização robusta e de novas técnicas de otimização robusta de sistemas lineares contínuos no tempo sujeitos a incertezas politópicas no modelo. Todo trabalho é fundamentado em leis de controle por realimentação estática de saída. As técnicas de projetos apresentam condições suficientes na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs, acrônimo inglês para Linear Matrix Inequalities), formuladas com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov. Além do mais, índices de desempenho como a taxa de decaimento também são considerados no modelo, visto que, garantir apenas a estabilidade nem sempre é suficiente para fins de engenharia. As modelagens LMIs são realizadas através de lemas largamente utilizados em diversas áreas de sistema de controle, como, por exemplo, o lema de Finsler, que permite o uso tanto de uma função de Lyapunov dependente de parâmetros (PDLF, acrônimo inglês para Parameter-Dependent Lyapunov Function) quanto o uso de LMIs clássicas baseadas na existência de uma função de Lyapunov quadrática comum (CQLF, acrônimo inglês para Common Quadratic Lyapunov Function) para assegurar a estabilidade assintótica dos sistemas. Comparações entre ambos os métodos de projeto foram realizadas, e o presente trabalho apresenta resultados menos conservadores na maior parte das ocasiões, isto é, na maioria das vezes os problemas podem ser solucionados com PDLFs e não com CQLFs. Ainda, é proposta neste trabalho uma nova técnica para otimização da norma de controladores de saída e comparações são realizadas entre os métodos como forma de verificar a sua eficácia. O desafio deste trabalho consiste em realizar projetos de controladores robustos via LMIs através da realimentação estática de saída que fossem passíveis de implementação...

This thesis addresses the problem of robust stabilization and robust new optimization techniques for continuous-time linear systems subject to polytopic uncertainties in the model. All work is based on static output feedback control laws. The text presents sufficient conditions for control projects in the form of Linear Matrix Inequalities (LMIs), formulated in terms of the Lyapunov stability theory. Moreover, performance indices as decay rate are also considered in the model, since only ensure stability is not always sufficient for engineering purposes. The modeling is performed using LMIs widely used lemmas in several areas of control systems , such as, for example, the Lemma of Finsler, which allows the use of Parameters Dependent Lyapunov Functions (PDLFs) as the use of classic LMIs based on the existence of a Common Quadratic Lyapunov Functions (CQLFs) to ensure asymptotic stability of the systems. Comparisons between the two design methods were performed, and the present work shows less conservative results on most occasions, in other words, the problems can be solved with PDLFs and not with CQLFs in most cases. Still, this work proposes a new technique for optimizing the norm of output controllers and comparisons are made between the methods as a way to verify its effectiveness. The challenge of this work was to carry out robust controllers designs based on LMIs through static output feedback that could be implemented on a real physical system subject to failure. Thus, simulations were made and the designed output controllers were implemented in a 3-DOF (Degrees Of Freedom) helicopter bench of Quanserr trademark, always seeking alternative controllers with better performance and lower norm that... (Complete abstract click electronic access below)