Control no lineal de un aerodeslizador no holonómico con acciones de control limitadas

Abstract

ResumenEste artículo aborda el problema de seguimiento de trayectoria de un aerodeslizador subactuado. Esta clase de sistemas es difícil de controlar debido a que su movimiento está sujeto a una restricción no holonómica de segundo orden. La resolución de este complejo problema requiere la descomposición de la dinámica del sistema en dos subsistemas (posición y orientación) para los que se diseña una ley de control basada en dos controladores no lineales en cascada. El lazo externo de control calcula los valores de la fuerzas en el sistema inercial F x y F y que deberían aplicarse al aerodeslizador para seguir la trayectoria deseada. A partir de estas fuerzas se determina la referencia para la orientación, ψ c , entrada del lazo interno. Por su parte, el lazo interno intenta controlar la orientación para de esta forma seguir las referencia ψ c del lazo externo. Ambos controladores se han diseñado teniendo en cuenta la saturación de los actuadores. En particular, el principal resultado de este artículo muestra que en los casos donde la trayectoria está adecuadamente definida, es posible ajustar los parámetros del controlador para evitar la saturación de los actuadores. Este trabajo demuestra de forma teórica la estabilidad asintótica global del error de seguimiento bajo la acción del controlador propuesto. Además, mediante simulaciones, se analiza el comportamiento del sistema y el significado práctico de los resultados teóricos. Copyright c 2013 CEA. Publicado por Elsevier España, S.L. Todos los derechos reservados.Palabras Clave: Control no Lineal, seguimiento de trayectoria, vehículo subactuado, saturación, vehículo autónomo. IntroducciónEl problema de seguimiento de trayectoria de robots móvi-les subactuados no holonómicos es un campo de gran interés en la disciplina del control automático debido a las dificultades que presentan este tipo de sistemas. Para una revisión de los principales problemas y técnicas que se plantean en dichos vehículos véase Kolmanovsky and McClamroch (1995).Según el criterio de Encarnação and Pascoal (2001) es posible distinguir los siguientes problemas de seguimiento: I. Seguimiento de trayectoria (tracking): En este problema el vehículo debe seguir una trayectoria espacial que se encuentra parametrizada en el tiempo (x(t),y(t)).II. Seguimiento de camino (Path following): En este problema el vehículo debe converger hacia un camino preestablecido (x(s),y(s)), donde s puede ser cualquier parametrización de la trayectoria (normalmente la longitud de arco) y donde una vez haya llegado hacia el camino deberá seguirlo con una velocidad de crucero especificada v(s). * Autor en correspondencia Correos electrónicos: dchaos@dia.uned.es (Dictino Chaos), dmoreno@dia.uned.es (David Moreno-Salinas), rmunoz@dia.uned.es (Rocío Muñoz), jaranda@dia.uned.es (Joaquín Aranda) Cabe resaltar que, sin embargo, algunos autores no hacen esta distinción al considerar el seguimiento de camino como un seguimiento de velocidad, véase por ejemplo Ashrafiuon et al. (2008).Este artículo aborda el primero de los prob...

Análisis de Desempeño de un Protocolo para Redes Inalámbricas de Sensores Basado en TDMA con Capacidades de Radio Cognoscitivo

“…De nuevo, tanto el retardo como la pérdida de paquetes de monitoreo continuo y de eventos se puede adecuar para cumplir con los requerimientos del sistema. Por otro lado, este tipo de redes de sensores son de particular interés en sistemas móviles como los presentados en (D. Chaos, 2013) y (N. Cañasa, 2014). En ambos sistemas se requiere una comunicación en tiempo real por parte de los sensores que miden tanto información continua (como la dirección y posición del vehículo) como información por eventos (cuando hay alguna variable o fenómeno externo que modifica la trayectoria del vehículo).…”

“…Es importante mencionar que a diferencia de (J. C. Tafur, 2014;D. A. Bravo M., 2014;D. Chaos, 2013;N.…”

“…Cañasa, 2014), en este artículo se presenta el diseño y análisis del sistema de comunicaciones necesario para el funcionamiento de la red de sensores de tal manera que se puedan ajustar los parámetros propios de la red para permitir un adecuado funcionamiento de los sistemas particulares presentados en (J. C. Tafur, 2014;D. A. Bravo M., 2014;D. Chaos, 2013;N.…”

Controller for an Asymmetric Underactuated Hovercraft in Terms of Quasi-Velocities

“…One of the criteria adopted here is the implementation of the controller into either the vehicle earth-fixed (inertial) frame or body-fixed body frame. Of the works concerning the first group, the following can be mentioned: [1] (nonlinear receding horizon control with real-time optimization), [2] (stabilization, fuzzy control), [3,4] (tracking control with two loops), [5] (LQR trajectory tracking), [6,7] (sliding mode control) and [8] (flatness-based tracking control). Trajectory tracking and path-following control schemes are discussed in the following: [9,10] (Lyapunov-based approach with backstepping) and [11] (Lyapunov-based approach with adaptive switching supervisory control).…”

Seguimiento de trayectorias de un robot móvil (3,0) mediante control acotado

“…Este eje fue iniciado por (Teel, 1992), quien propone un control basado en funciones de saturación anidadas para la estabilización de la cadena de integradores. A partir deéste, varios trabajos fueron desarrollados extendiendo los resultados y proponiendo mejoras respecto a la velocidad de convergencia y robustez (Sussmann et al, 1994;Johnson and Kannan, 2003;Marchand and Hably, 2005;Kaliora and Astolfi, 2005;Yong and Ru-Ning, 2010) y aplicados en una gran cantidad deáreas, como la robótica de manipuladores (Álvarez et al, 2003), ingeniería civil (Arfiadi and Hadi, 2006), robótica aérea y terrestre (Guerrero-Castellanos et al, 2011;Rifai et al, 2012;Chaos et al, 2013) y sistemas con retardos (Fischer et al, 2013). Sin embargo, hasta donde llega el conocimiento de los autores, no se ha encontrado en la literatura estrategias de control no lineal para el robot (3,0) que permita obtener señales de control acotadas de manera explícita y que garantice la convergencia asintótica global de las trayectorias del sistema en lazo cerrado a las trayectorias deseadas.…”