Controle Adaptativo de Estruturas Flexíveis via Redes Neurais

Abstract

IntroduçãoExistem atualmente diversas aplicações de redes neurais artificiais (RNA), nos mais variados domínios da ciência e tecnologia [1,2]. Trata-se de um assunto que tem merecido grande atenção por parte da comunidade científica. Em [3] há uma importante descrição sobre o histórico das redes neurais artificiais.No presente artigo investiga-se a possibilidade de compensação de atritos não-lineares de um atuador robótico do tipo moto-redutor acoplado a uma estrutura flexível, utilizando-se uma rede neural artificial. A RNA proposta na compensação dos atritos não requer um treinamento off-line e os pesos são inicializados em valores randômicos próximos de zero. O treinamento dos pesos é feito on-line. Esta aplicação (identificação de atrito via RNA) começou a ser mais estudada apenas recentemente [4,5], tratando-se, portanto de um assunto bastante atual.A principal motivação deste trabalho reside na dificuldade de se controlar estruturas flexíveis utilizando-se atuadores robóticos em razão da existência de atritos não-lineares inerentes aos atuadores. O que acontece na realidade é o seguinte: os torques calculados por leis de controle são efetivamente aplicados nos rotores dos atuadores, mas não passam integralmente para a saída dos redutores e, portanto, não são transmitidos à estrutura para a devida atenuação das vibrações.A estratégia de compensação neural constitui a principal contribuição do presente trabalho. Resultados em simulações indicam o bom desempenho da técnica de controle proposta e mostram que o controlador neural reduz significativamente a zona morta em torque, causada pelos atritos não-lineares do atuador robótico, o que possibilita um melhor controle e atenuação das vibrações da estrutura flexível. Modelo dinâmicoA estrutura flexível escolhida para testar o sistema de controle proposto foi um manipulador robótico com um único elo flexível, conforme representado na fig. 1. Em uma das extremidades do elo está o atuador robótico do tipo moto redutor. A outra extremidade é livre, estando na mesma fixada a carga terminal.Figura 1: Estrutura flexível e sua aproximação concentrada para o caso de três articulações fictícias Modelo do atuadorUm atuador robótico do tipo moto-redutor pode ser visualizado como um elemento transmissor de movimento contendo uma elasticidade interna de constante K, conforme representado na fig. 2. O torque