Anti-windup design of output tracking systems subject to actuator saturation and constant disturbances

Cao, Yong‐Yan; Lin, Zongli; Ward, Dave

doi:10.1016/j.automatica.2004.02.012

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“…Apesar de tudo isto, a existência de outros pontos de equilíbrio associados a q ∈ Ω(R, σ) não é descartada. Tal possibilidade é ignorada em (Tarbouriech, Queinnec and Pittet, 2000) e (Cao et al, 2004). Em (Flores et al, 2008), é apresentada uma análise sobre os possíveis pontos de equilíbrio do sistema fora da região linear, para o caso monovariável em sistemas de tempo contínuo.…”

Section: Provaunclassified

“…Em (Tarbouriech, Queinnec and Pittet, 2000) e (Cao et al, 2004) os procedimentos iterativos estão relacionados aos ganhos F e E c , além das variáveis introduzidas pelo S-procedure. Desta forma, pelas abordagens propostas naqueles trabalhos, é impossível fazer a síntese simultânea da realimentação de estados e do laço de anti-windup.…”

Section: Maximização Dos Elipsóides Em Uma Dada Direçãounclassified

“…A maior vantagem em relação às metodologias anteriores é que as condições apresentadas são obtidas diretamente na (Tarbouriech, Queinnec and Pittet, 2000) e (Cao et al, 2004), não é necessária a aplicação de esquemas iterativos envolvendo a matriz da função de Lyapunov e as matrizes de ganho a serem calculadas. Foi mostrado, através de exemplos, que a metodologia proposta se aplica tanto para sistemas mono como para sistemas multivariáveis.…”

Section: Conclusõesunclassified

“…Estes resultados foram estendidos para sistemas discretos e com referências variantes em (Tarbouriech, Queinnec and Pittet, 2000). Seguindo as mesmas idéias, mas utilizando um modelo politópico menos conservador, estes resultados foram melhorados em (Cao et al, 2004). Mesmo com condições menos conservadoras, a metodologia apresentada não permite a síntese simultânea do controlador estabilizante e do ganho anti-windup a partir de uma condição LMI, exigindo assim, a utilização de pro-cedimentos iterativos para a solução de BMIs.…”

Section: Introductionunclassified

“…Mesmo com condições menos conservadoras, a metodologia apresentada não permite a síntese simultânea do controlador estabilizante e do ganho anti-windup a partir de uma condição LMI, exigindo assim, a utilização de pro-cedimentos iterativos para a solução de BMIs. O trabalho (Flores et al, 2008) segue idéias similares às propostas em (Tarbouriech, Pittet and Burgat, 2000) e (Cao et al, 2004), usando, entretanto, a condição de setor modificada proposta em (Gomes da Silva Jr. and Tarbouriech, 2005) para considerar os efeitos da saturação. Baseada nesta representação, condições LMI são obtidas diretamente, evitando-se assim a aplicação de procedimentos iterativos.…”

Section: Introductionunclassified

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Estratégia de controle para o seguimento de referências em sistemas de tempo discreto com atuadores saturantes

Flores

Silva

2010

Sba Controle & Automação

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Reference Tracking Strategy for Discrete-time Systems With Saturating ActuatorsThis paper addresses the problem of tracking constant references for linear systems subject to actuator saturation considering an state-space framework. The constant reference tracking and the constant disturbance rejection are taken into account by the introduction of an integral action in a unitary output feedback scheme. Based on this structure, conditions to design simultaneously a stabilizing feedback gain and an anti-windup gain are presented in the form of matrix inequalities. These conditions ensure that the trajectories of the closed-loop system are bounded in an invariant ellipsoidal set, provided that the initial conditions are taken in this set and the references and the disturbances belong to a certain admissible set. LMI-based optimization problems are then proposed to compute the gains aiming at enlarging the set of admissible references, disturbances or initial conditions.KEYWORDS: reference tracking, actuator saturation, antiwindup, LMIs. RESUMOEste trabalho aborda o problema de seguimento de referências em sistemas lineares sujeitos à saturação dos atuadores através de uma representação no espaço de estados. O objetivo é garantir o seguimento de referências constantes e a rejeição de perturbações também constantes, em regime permanente, através da adição de uma ação integral a uma malha de controle com realimentação unitária. Baseado nesta estrutura, condições na forma de inequações matriciais são propostas para o projeto simultâneo de uma realimentação de estados estabilizante e de um controlador de anti-windup estático. Estas condições garantem que as trajetórias do sistema em malha fechada são limitadas em um conjunto invariante se as condições iniciais do sistema pertencerem a este conjunto e se as referências/perturbações pertencerem a um certo conjunto admissível. Problemas de otimização baseados em inequações matriciais lineares (LMIs) são então propostos para maximizar os conjuntos de referên-cias/perturbações e/ou condições iniciais admissíveis.PALAVRAS-CHAVE: seguimento de referências, saturação de atuadores, anti-windup, LMIs. INTRODUÇÃONas malhas de controle reais, atuadores estão sujeitos a uma série de restrições, podendo estas serem tanto construtivas quanto inerentes ao processo que se deseja controlar. Foi visando introduzir estas restrições nos modelos teóricos que surgiu o conceito de saturação. Os efeitos causados pela saturação em malhas de controle são bem conhecidos. O menos nocivo deles é a perda de desempenho, podendo deixar o sistema mais lento e menos amortecido. Além disso, a saturação pode provocar o aparecimento de pontos de equilíbrio indesejados, ciclos-limite ou ainda, em um caso extremo, le-

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Section: Provaunclassified

Section: Maximização Dos Elipsóides Em Uma Dada Direçãounclassified

Section: Conclusõesunclassified

Section: Introductionunclassified

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Estratégia de controle para o seguimento de referências em sistemas de tempo discreto com atuadores saturantes

Flores

Silva

2010

Sba Controle & Automação

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Performance improvement of saturated system using loop shaping approach

Yang

Chen

2009

Asian Journal of Control

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Actuator saturation is an important issue when designing practical control systems. It usually induces the windup phenomenon and even yields system instability. In this paper, a two-stage controller design method is proposed for systems with actuator limitations using the loop shaping approach. In this approach, a pre-designed controller is first used to stabilize the control system to achieve the desired performance. A loop-shaping-based auxiliary controller is then introduced to reduce the windup effect, which might be caused by actuator limitation or functional damage during the mission.

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Simultaneous Linear and Anti‐Windup Controller Synthesis: Delayed Activation Case

Ran¹,

Wang²,

Ni³

et al. 2014

Asian Journal of Control

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In this paper, we present a method for the synthesis of a delayed anti-windup scheme in which the anti-windup compensator is activated only when the degree of saturation reaches a certain level. Unlike the traditional two-step anti-windup design procedure, our method synthesizes entire parameters of the nominal controller and the delayed anti-windup compensator simultaneously. In this simultaneous design, the trade-offs between the linear and the constrained closed-loop response are carried out, for the anti-windup compensator retrofits to the "existing" nominal controller. Sufficient conditions for guaranteeing global stability and minimizing the induced  2 gain performance for exogenous input are formulated and solved as some linear matrix inequality (LMI) optimization problems. Effectiveness of the proposed method is illustrated with a well-known example.

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Anti-windup design of output tracking systems subject to actuator saturation and constant disturbances

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Estratégia de controle para o seguimento de referências em sistemas de tempo discreto com atuadores saturantes

Estratégia de controle para o seguimento de referências em sistemas de tempo discreto com atuadores saturantes

Performance improvement of saturated system using loop shaping approach

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