Nonlinear control system based on variable structure and sliding modes for two beam optical interferometry - Martin, Roberta Irma (2018)
Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental de um sistema de controle não linear baseado em estrutura variável e modos deslizantes desenvolvido para interferômetro de dois feixes. O sistema proposto apresenta alta precisão, robustez e, além disso, é simples e de baixo custo, aumentando a capacidade de medição para diferentes aplicações de sensores interferométricos. Comparado a outras técnicas de controle aplicadas a interferometria óptica, esta técnica apresenta importantes vantagens e leva em consideração a característica não linear do interferometro, aumentando seu poder de medição. Consequentemente, um circuito de reset não é necessário, o interferometro pode trabalhar em ambientes com grandes perturbações, a montagem e ajuste dos parâmetros é mais simples (fácil implementação), com simples configuração e custo efetivo, atingindo alta robustez e acurácia. Comparado as técnicas de demodulação baseado no espectro do sinal (J1..J4), o sistema proposto tem faixa dinâmica e resolução maiores, podendo medir atraso no tempo e operar com formas de onda arbitrárias. Além disso, aperfeiçoa os métodos de demodulação temporais aumentando a precisão para sinais de baixa amplitude, mantendo a condição de quadratura (ponto máximo de sensibilidade) e, portanto, elimina o efeito do desvanecimento do sinal, mesmo diante de grandes perturbações ao redor do sistema como, vibrações, variações de temperatura e correntes de ar. A estabilidade do sistema linearizado foi estudada através do método de linearização de Lyapunov e a estabilidade local dos pontos de equilíbrio foram provadas. Através do método do plano de fase, todas as não linearidades do sistema foram consideradas, e provou-se que para qualquer condição inicial, o sistema não linear é estável e converge para o ponto de equilíbrio. Como resultado, o sistema é globalmente assintóticamente estável e não tende a um ciclo limite ou à intabilidade. Finalmente, foi obtido a equação de Lyapunov do sistema não linear considerando a análise do plano de fase, provando novamente a estabilidade do sistema de controle. Portanto, essa abordagem pode compensar o comportamento não linear do interfometro, mantendo-o na condição de quadratura e eliminando o efeito do desvanecimento do sinal para formas de onda arbitrárias, senoidais ou sem sinal de entrada, mesmo diante de grandes perturbações externas. O sistema provou ser eficiente para operações dinâmicas em diferentes aplicações como: caracterização de atuadores piezoelétricos, caracterização da resposta da fibra à temperatura, detecção de ultrassom e detecção de ondas longitudinais geradas por um laser Q-switched em amostras de alumínio e aço, conforme mostrado neste trabalho. A alta robustez oferecida pelo controlador permite que o sistema seja embarcado e opere em ambientes com grandes perturbações como fábricas, trazendo a interferometria para fora do laboratório.