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Title: Compensação de atrito no controle de sistemas mecânicos: uma abordagem utilizando estratégias inteligentes
Authors: Santos, João Deodato Batista dos
Keywords: Identificação de atrito;Controle inteligente;Lógica Fuzzy;Modos deslizantes;Redes neurais artificiais
Issue Date: 2-Feb-2018
Citation: SANTOS, João Deodato Batista dos. Compensação de atrito no controle de sistemas mecânicos: uma abordagem utilizando estratégias inteligentes. 2018. 145f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.
Abstract: Friction can be found in almost all mechanical systems. In many cases, however, it is undesirable and has to be minimized and/or compensated. Besides of speeding up the wear of its components, friction is strongly associated with the nonlinear behavior of a mechanical system. It should also be noted that when the system has to be controlled, friction hampers the achievement of an efficient control law, due to its nonlinear feature and the issues related to the development of a mathematical model that accurately describes it. In this context, based on an adaptive sliding mode control approach, this work presents the development of a friction identification/control strategy. In addition to the ability to compensate for friction, the proposed control scheme an also cope with other unmodeled dynamics. The proposed strategy is able to identify the dynamics of the plant as well as its variation due to changes in friction characteristics. Moreover, the proposed scheme can also indicate the precise moment that friction’s variation occurs. The following contributions should be highlighted: (i) the introduction of a unifying approach, capable of combining different algorithms of computational intelligence; (ii) the development of a new adaptation scheme that reduces the computational complexity of the adjustment method; (iii) an index related to friction variation, which is based on the real-time evaluation of the approximate model of the system; (iv) an intelligent sliding mode controller that does not require prior knowledge of the dynamics of the plant and can retain its performance even when there are significant changes in operating conditions. The stability of the proposed intelligent controller is demonstrated by means of a Lyapunov-like analysis. The efficacy of the designed control scheme is evaluated by means of both numerical and experimental studies with electro-hydraulic actuated system.
Portuguese Abstract: O atrito está presente em praticamente todos os tipos de sistemas mecânicos. Em muitos casos, porém, ele é indesejável e precisa ser minimizado e/ou compensado. Além de acelerar o desgaste de seus componentes, o atrito está fortemente associado ao comportamento não-linear de um sistema mecânico. Deve-se ainda ressaltar que, quando o sistema precisa ser controlado, o atrito dificulta a obtenção de um controlador eficiente, em virtude de sua característica não-linear e da dificuldade de se obter um modelo matemático que o descreva com exatidão. Neste contexto, este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma estratégia de controle e identificação do atrito, bem como demais dinâmicas não modeladas, baseada na técnica de controle por modo deslizante adaptativo. A estratégia proposta identifica a dinâmica do sistema, bem como sua variação quando ocorrem modificações das características do atrito. O método apresentado também possibilita indicar o momento que ocorreu a variação deste atrito. Destaca-se como contribuições principais: (i) a apresentação de uma abordagem unificadora, capaz de combinar diferentes algoritmos provenientes da área de inteligência computacional; (ii) a apresentação de uma nova estratégia para redução da complexidade do método de ajuste; (iii) um indicador da variação do atrito, baseado na análise em tempo real do modelo aproximado do sistema; (iv) um controlador inteligente por modo deslizante que não requer conhecimento prévio da dinâmica do sistema a ser controlado, e que mantém a sua performance mesmo quando há a alterações significativas do sistema em tempo real. A dedução da estabilidade do controlador é demonstrada através da teoria de estabilidade de Lyapunov. Sua viabilidade é demonstrada através de resultados numéricos e experimentais obtidos utilizando como exemplo de estudo um atuador eletro-hidráulico.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26210
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