Lyapunov-based intelligent control

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Rego, Rosana Cibely Batista
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47007
Resumo: Nonlinear dynamical systems play a crucial role in control systems because, in practice, linear models could not be suitable for effective projects. However, achieving control for nonlinear systems is not simple though many methods have been developed. There are still some problems that need to be solved. Examples of some problems are robust control balance in humanoid robots and the modeling inaccuracies of the autonomous underwater vehicle, which has a small-pitch-angle. Usually, a Lyapunov function is used to perform a control and stability analysis of a nonlinear system. The procedure for obtaining a Lyapunov function is not a simple task. There have been many efforts and numerical methods in the literature on how to estimate Lyapunov functions for several kinds of systems. An artificial neural network is a useful tool for generating functions. Motivated by this, we investigated the capability of a neural network to compute Lyapunov functions and provide a deep neural network to compute a control Lyapunov function without linear approximation for nonlinear systems. Moreover, we examined the equilibrium point stability and obtained an estimation of its region of attraction contained in the Lyapunov invariant set. Numerical examples and experimental simulations using some nonlinear systems, such as the inverted pendulum and the rotary inverted pendulum, are performed and compared with some conventional control techniques.
id UFRN_4f169b6f4a0823474ddad77cfd2d7e93
oai_identifier_str oai:repositorio.ufrn.br:123456789/47007
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Lyapunov-based intelligent controlNeural networksIntelligent controlNeuro-controlControl Lyapunov functionNonlinear dynamical systems play a crucial role in control systems because, in practice, linear models could not be suitable for effective projects. However, achieving control for nonlinear systems is not simple though many methods have been developed. There are still some problems that need to be solved. Examples of some problems are robust control balance in humanoid robots and the modeling inaccuracies of the autonomous underwater vehicle, which has a small-pitch-angle. Usually, a Lyapunov function is used to perform a control and stability analysis of a nonlinear system. The procedure for obtaining a Lyapunov function is not a simple task. There have been many efforts and numerical methods in the literature on how to estimate Lyapunov functions for several kinds of systems. An artificial neural network is a useful tool for generating functions. Motivated by this, we investigated the capability of a neural network to compute Lyapunov functions and provide a deep neural network to compute a control Lyapunov function without linear approximation for nonlinear systems. Moreover, we examined the equilibrium point stability and obtained an estimation of its region of attraction contained in the Lyapunov invariant set. Numerical examples and experimental simulations using some nonlinear systems, such as the inverted pendulum and the rotary inverted pendulum, are performed and compared with some conventional control techniques.A realização de controle de sistemas dinâmicos não lineares desempenha um papel crucial, pois na prática, modelos lineares podem não serem adequados para um projeto eficaz. No entanto, realizar o controle de sistemas não lineares não é uma tarefa simples, embora muitos métodos tenham sido desenvolvidos. Existem ainda alguns problemas a serem resolvidos. Exemplos de tais problemas são o controle dos movimentos e equilíbrio em robôs humanoides e as imprecisões de modelagem de um veículo subaquático autônomo, que possui um ângulo de inclinação pequeno. Para realizar o projeto de controle e estabilidade de um sistema não linear, geralmente, uma função de Lyapunov é usada. O procedimento para obter uma função de Lyapunov não é simples. Existem métodos numéricos na literatura que lidam com o problema de obter as funções de Lyapunov para vários tipos de sistemas. Uma ferramenta útil para aproximar ou gerar funções é uma rede neural artificial. Neste contexto, neste trabalho é explorada a capacidade de uma rede neural em aproximar funções de Lyapunov para sistemas não lineares. Além disso, é proposta a utilização de uma rede neural profunda para calcular uma função de Lyapunov de controle para sistemas não lineares. Ademais, neste trabalho é desenvolvido um controlador baseado em aprendizado em que se garante a estabilidade do ponto de equilíbrio e permite que se forneça uma estimativa de sua região de atração contida no conjunto invariante de Lyapunov. Simulações de exemplos numéricos e experimentos com o pêndulo invertido e rotacional são realizados e comparações com métodos convencionais são apresentadas.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃOAraújo, Fábio Meneghetti Ugulino dehttp://lattes.cnpq.br/2921962829806332http://lattes.cnpq.br/5473196176458886Costa Júnior, Ademar Gonçalves daDorea, Carlos Eduardo Trabucohttp://lattes.cnpq.br/0143490577842914Costa, Marcus Vinicus SilvérioYoneyama, TakashiRego, Rosana Cibely Batista2022-04-19T22:41:13Z2022-04-19T22:41:13Z2022-02-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfREGO, Rosana Cibely Batista. Lyapunov-based intelligent control. 2022. 83f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47007info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2022-05-02T15:31:26Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/47007Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2022-05-02T15:31:26Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.none.fl_str_mv Lyapunov-based intelligent control
title Lyapunov-based intelligent control
spellingShingle Lyapunov-based intelligent control
Rego, Rosana Cibely Batista
Neural networks
Intelligent control
Neuro-control
Control Lyapunov function
title_short Lyapunov-based intelligent control
title_full Lyapunov-based intelligent control
title_fullStr Lyapunov-based intelligent control
title_full_unstemmed Lyapunov-based intelligent control
title_sort Lyapunov-based intelligent control
author Rego, Rosana Cibely Batista
author_facet Rego, Rosana Cibely Batista
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Araújo, Fábio Meneghetti Ugulino de
http://lattes.cnpq.br/2921962829806332
http://lattes.cnpq.br/5473196176458886
Costa Júnior, Ademar Gonçalves da
Dorea, Carlos Eduardo Trabuco
http://lattes.cnpq.br/0143490577842914
Costa, Marcus Vinicus Silvério
Yoneyama, Takashi
dc.contributor.author.fl_str_mv Rego, Rosana Cibely Batista
dc.subject.por.fl_str_mv Neural networks
Intelligent control
Neuro-control
Control Lyapunov function
topic Neural networks
Intelligent control
Neuro-control
Control Lyapunov function
description Nonlinear dynamical systems play a crucial role in control systems because, in practice, linear models could not be suitable for effective projects. However, achieving control for nonlinear systems is not simple though many methods have been developed. There are still some problems that need to be solved. Examples of some problems are robust control balance in humanoid robots and the modeling inaccuracies of the autonomous underwater vehicle, which has a small-pitch-angle. Usually, a Lyapunov function is used to perform a control and stability analysis of a nonlinear system. The procedure for obtaining a Lyapunov function is not a simple task. There have been many efforts and numerical methods in the literature on how to estimate Lyapunov functions for several kinds of systems. An artificial neural network is a useful tool for generating functions. Motivated by this, we investigated the capability of a neural network to compute Lyapunov functions and provide a deep neural network to compute a control Lyapunov function without linear approximation for nonlinear systems. Moreover, we examined the equilibrium point stability and obtained an estimation of its region of attraction contained in the Lyapunov invariant set. Numerical examples and experimental simulations using some nonlinear systems, such as the inverted pendulum and the rotary inverted pendulum, are performed and compared with some conventional control techniques.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-04-19T22:41:13Z
2022-04-19T22:41:13Z
2022-02-23
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv REGO, Rosana Cibely Batista. Lyapunov-based intelligent control. 2022. 83f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47007
identifier_str_mv REGO, Rosana Cibely Batista. Lyapunov-based intelligent control. 2022. 83f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e de Computação) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
url https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/47007
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA E DE COMPUTAÇÃO
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@bczm.ufrn.br
_version_ 1855758812817915904