Controle Robusto Hinf com realimentação parcial dos estados aplicado a diferentes sistemas mecânicos

Abstract

Esta tese propõe o projeto e implementação prática de um controle H_∞ robusto aplicado a alguns sistemas mecânicos (com foco num sistema de suspensão ativa), considerando um único vetor de ganhos de realimentação de estados. Uma característica importante, porém, são as limitações consideradas quanto ao acesso aos estados do sistema. Dois métodos são propostos, um que se utiliza realimentação apenas das variáveis de estado relacionadas às posições do sistema e outro que considera realimentação apenas das variáveis de estado relacionadas às velocidades. A estratégia de controle é baseada em desigualdades matriciais lineares (da sigla em inglês LMI), utilizando também a teoria de Ɗ-estabilidade, que permite ao projetista alocar os autovalores do sistema em malha fechada em uma região do semi-plano complexo negativo, o que, além de garantir a estabilidade, também garante que certos requisitos de desempenho do sistema realimentado sejam atendidos. A motivação do trabalho é obter resultados de controle satisfatórios mesmo com acesso limitado às variáveis de estado, sem a necessidade de qualquer tipo de estimativa das variáveis de estado consideradas inacessíveis. Portanto, os sistemas de controle propostos são opções interessantes como alternativas para o projeto de realimentação de estados de ordem completa para plantas com parâmetros incertos usando apenas realimentação da saída, considerando que não é necessário projetar um observador para estimar qualquer variável de estado da planta. Além disso, são relativamente mais baratos pelo fato de não haver necessidade de se medir todas as variáveis de estado da planta.

This thesis proposes a new design and practical implementation of a robust ℋ∞ control applied to some mechanical systems (focusing on an active suspension system), considering a single state feedback gain vector. An important characteristic, though, is that limitations are considered for the state feedback. Two methods are presented, one that uses feedback only from state variables related to positions of the system and another that uses feedback only from state variables related to velocities. The control strategy is based on linear matrix inequalities (LMIs), using the theory of Ɗ-stability, which allows the designer to allocate the closed loop system eigenvalues in a negative complex semi-plane region, which, in addition to ensuring stability, also ensures meeting certain performance requirements of the feedback system. The paper motivation is to provide satisfactory control results even with limited states access, without any kind of estimation of the state variables that are not available. Therefore, the proposed control systems are interesting options as alternative for designing full state feedback for plants with uncertain parameters using only output feedback, considering that it is not needed to build an observer to estimate any plant state variable. Furthermore, they are relatively cheaper because it is not necessary to measure all state variables of the plant.