Output regulation of rational nonlinear systems with input saturation - Castro, Rafael da Silveira (2019)
Esta tese trata da regulação de saída de sistemas não-lineares racionais com saturação na entrada. O problema de regulação de saída considera uma planta sujeita a sinais persistentes de distúrbio ou referência produzidos por um sistema exógeno autônomo, onde o objetivo é garantir a convergência assintótica do erro de saída da planta para zero. Este trabalho desenvolve metodologias sistemáticas para análise de estabilidade e projeto de controladores estabilizantes dinâmicos de realimentação de saída com compensadores anti-windup para sistemas não-lineares racionais com saturação no contexto de regulação de saída. O método proposto utiliza principalmente a representação algébrico-diferencial, uma abordagem teórica que trata sistemas não-lineares racionais por meio de uma equação diferencial combinada com uma igualdade algébrica. Para assegurar a regulação assintótica de saída, inicialmente assume-se o conhecimento de um modelo interno e uma solução exata para as equações do regulador, que representa um conjunto invariante de regime permanente onde o erro de saída é zero. Esta suposição é posteriormente relaxada, onde os resultados são estendidos para o contexto de regulação de saída prática. Os desenvolvimentos principais desta tese estão divididos nos seguintes capítulos: Regulação de Saída de Sistemas Não-Lineares Racionais; Regulação de Saída de Sistemas Não-Lineares Racionais com Saturação de Entrada e Extensão para Regulação de Saída Prática. O primeiro capítulo mencionado introduz a proposta de base deste trabalho, que consiste no emprego da representação algébrico-diferencial para a dinâmica do erro de regulação entorno do conjunto invariante descrito pelas equações do regulador. Com base nesta formulação, teoremas de estabilidade e desempenho são obtidos com condições na forma de desigualdades matriciais, permitindo o uso de otimização numérica para análise e síntese de controladores estabilizantes. No próximo capítulo, a formulação é estendida para a presença de saturação no sinal de controle, onde uma nova condição de setor é proposta para tratar esta não-linearidade adicional. Desta forma, novos teoremas são obtidos tanto para análise quanto para síntese de controladores estabilizantes incluindo compensadores anti-windup. No capítulo final da metodologia, considera-se uma abordagem de regulação prática onde soluções numéricas aproximadas podem ser consideradas para as equações do regulador. Novos teoremas de estabilidade voltados para análise e síntese também são obtidos dentro deste panorama prático, onde garante-se um conjunto terminal para a trajetória do erro de saída. Em geral, a grande importância deste trabalho é a possibilidade de solucionar um novo conjunto de problemas de regulação de saída não-linear, anteriormente intratáveis por métodos do estado-da-arte.