Controlador preditivo para uso em pulverizadores agrícolas com simulador operando em hardware-in-the-loop

Abstract

In line with the need to increase the productivity in agriculture, several researches have been developed to improve agricultural application techniques for pest control. This paper presents a predictive controller embedded in a direct injection sprayer. A generalized predictive controller (GPC) with constraint algorithms were developed using a Toeplitz and Hankel matrix model which facilitates the implementation in an embedded manner. The main contributions are the modification of the GPAD algorithm (accelerated dual gradient projection) to include a scaling factor reducing the saturation region of the control signal, the use of the Toeplitz and matrix representation Hankel, as well as the use of low-cost hardware-in-the-loop. The results show the efficiency of the GPC applied to a spraying system and its effectiveness in obeying control constrainsts by means of the PGS (projected Gauss-Seidel) and GPAD algorithms and, encourage new research in agricultural pest control. Resumo: Alinhados à necessidade de aumentar a produtividade na agricultura, diversas pesquisas têm sido desenvolvidas para melhorar as técnicas de aplicação agrícola para o controle de pragas. Este artigo apresenta um controlador preditivo embarcado em um pulverizador de injeção direta. Foi utilizado um GPC (do inglês generalized predictive controller ) com um algoritmo de restrição desenvolvido a partir da sua representação matricial na forma Toeplitz e Hankel que facilita a sua implementação embarcada. Como contribuições, destacam-se a modificação do algoritmo GPAD (do inglês accelerated dual gradient projection) para a inclusão de um fator de escalonamento visando reduzir a região de saturação do sinal de controle, e a utilização da representação matricial Toeplitz e Hankel, assim como o uso de hardware-inthe-loop de baixo custo. Os resultados mostram a eficiência do GPC aplicado ao sistema de pulverização e a sua eficácia no atendimento das restrições por meio dos algoritmos PGS (do inglês projected Gauss-Seidel ) e GPAD e, incentivam novas pesquisas em automação no combate às pragas agrícolas.