Uma proposta de controlador-preditor baseado em observadores aumentados para sistemas com atraso na entrada
| Ano de defesa: | 2023 |
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Resumo: | In this work, a control structure based on augmented observer with a scheme predictor is proposed for systems with input delay. An analysis of the characteristics and performance of the proposal is carried out through a new methodology based on filtered perturbations, moreover comparisons are made with other techniques in the literature. This strategy allows to mitigate completely perturbations of known dynamics at steady state from the output of the system and is also capable of dealing with some types of modeling error, either in the process or in the disturbance dynamics. For this, an augmented state observer is used that includes a filter dynamics and a predictor that uses observed states to obtain predictions in time and therefore compensates the feedback branch delay. Tuning is done from obtaining the state feedback gain and the observer gain, which can be obtained using a synthesis procedure based on LMIs defined in the work. The proposed tuning is done using a closed-loop system approximation through to consider diferential delay equantions and then, using Lyapunov-Krasovski functions, it’s obtained a convex optimization problem that reduces the H∞ norm of relation of the perturbation to output, therefore it obtains the tuning and guarantees the stability of the closed-loop system. The proposed control structure is checked against presented techniques and, even though it is simpler and more versatile, has superior performance. |
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Oliveira Júnior, José Raimundo deNogueira, Fabrício GonzalezTorrico, Bismark Claure2025-03-30T01:15:01Z2025-03-30T01:15:01Z2023OLIVEIRA JÚNIOR, Fabrício Gonzalez. Uma proposta de controlador-preditor baseado em observadores aumentados para sistemas com atraso na entrada. 2023. 142 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/80230In this work, a control structure based on augmented observer with a scheme predictor is proposed for systems with input delay. An analysis of the characteristics and performance of the proposal is carried out through a new methodology based on filtered perturbations, moreover comparisons are made with other techniques in the literature. This strategy allows to mitigate completely perturbations of known dynamics at steady state from the output of the system and is also capable of dealing with some types of modeling error, either in the process or in the disturbance dynamics. For this, an augmented state observer is used that includes a filter dynamics and a predictor that uses observed states to obtain predictions in time and therefore compensates the feedback branch delay. Tuning is done from obtaining the state feedback gain and the observer gain, which can be obtained using a synthesis procedure based on LMIs defined in the work. The proposed tuning is done using a closed-loop system approximation through to consider diferential delay equantions and then, using Lyapunov-Krasovski functions, it’s obtained a convex optimization problem that reduces the H∞ norm of relation of the perturbation to output, therefore it obtains the tuning and guarantees the stability of the closed-loop system. The proposed control structure is checked against presented techniques and, even though it is simpler and more versatile, has superior performance.Neste trabalho, uma estrutura de controlador-preditor baseada em observadores aumentados é proposta para sistemas com atraso na entrada. Uma análise das características e desempenho da proposta é realizada através de uma nova metodologia baseada em perturbações filtradas, além disso são realizadas comparações com outras técnicas da literatura. Esta estratégia permite atenuar completamente perturbações de dinâmica conhecida em regime estacionário a partir da saída do sistema e também é capaz de lidar com alguns tipos de erro de modelagem, no processo ou na dinâmica da perturbação. Para isso, é utilizado um observador de estados aumentados que inclui a dinâmica de um filtro e um preditor que utiliza os estados observados para obter predições no tempo e, dessa forma, compensar o atraso do ramo de realimentação. A sintonia é feita a partir da obtenção do ganho de realimentação de estados e do ganho do observador, que podem ser obtidos utilizando um procedimento de síntese baseada em LMIs definidas no trabalho. A sintonia proposta é obtida usando uma aproximação do sistema em malha fechada através de equações diferenciais atrasadas e, então, usando funcionais de Lyapunov-Krasovski obtém-se um problema de otimização convexo que reduz a norma H∞ da relação perturbação saída, dessa forma obtém a sintonia e garante a estabilidade do sistema em malha fechada. A estrutura de controle proposta é comparada às técnicas apresentadas e, mesmo sendo mais simples e versátil, possui desempenho superior.Este documento está disponível online com base na Portaria nº 348, de 08 de dezembro de 2022, disponível em: https://biblioteca.ufc.br/wp-content/uploads/2022/12/portaria348-2022.pdf, que autoriza a digitalização e a disponibilização no Repositório Institucional (RI) da coleção retrospectiva de TCC, dissertações e teses da UFC, sem o termo de anuência prévia dos autores. Em caso de trabalhos com pedidos de patente e/ou de embargo, cabe, exclusivamente, ao autor(a) solicitar a restrição de acesso ou retirada de seu trabalho do RI, mediante apresentação de documento comprobatório à Direção do Sistema de Bibliotecas.Uma proposta de controlador-preditor baseado em observadores aumentados para sistemas com atraso na entradainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisSistemas com atraso de transporteAtenuação de perturbaçãoRealimentação baseada em preditorObservador aumentadoSistema de transporte (Programação matemática)Sistemas de controle por realimentaçãoControladores elétricosPredictor-based feedbackDisturbance attenuationTransport delay systemsAugmented observerTransportation system (Mathematical programming)Feedback control systemsElectric controllersCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFChttps://orcid.org/0009-0003-9304-5071http://lattes.cnpq.br/4751981351323299https://orcid.org/0000-0001-8972-3974http://lattes.cnpq.br/4751981351323299https://orcid.org/0000-0003-1935-8937http://lattes.cnpq.br/47519813513232992025ORIGINAL2023_dis_jroliveirajunior.pdf2023_dis_jroliveirajunior.pdfapplication/pdf3605600http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80230/1/2023_dis_jroliveirajunior.pdf00ae887dff9bb8ca9a7de488bacc9fe1MD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/80230/2/license.txt8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD52riufc/802302025-03-29 22:17:21.729oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2025-03-30T01:17:21Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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