Projeto de controladores robustos - Optativas Avançadas I Engenheiros Elétricos
Introdução
O projeto de controladores robustos é o processo de desenvolvimento de controladores que possam funcionar bem mesmo quando o sistema controlado sofre perturbações ou incertezas.
Objetivo do projeto de controladores robustos
O objetivo do projeto de controladores robustos é garantir que o sistema controlado permaneça em uma região segura mesmo quando o sistema é sujeito a perturbações ou incertezas.
Fatores a considerar no projeto de controladores robustos
No projeto de controladores robustos, é importante considerar os seguintes fatores:
- A natureza do sistema controlado: o sistema controlado é linear ou não linear?
- O nível de perturbações ou incertezas esperadas: o sistema é suscetível a perturbações ou incertezas grandes?
- As restrições do sistema: o sistema tem restrições de desempenho ou de recursos?
Métodos de projeto de controladores robustos
Existem vários métodos diferentes de projeto de controladores robustos. Alguns dos métodos mais comuns incluem:
- Controle quadrático de Lyapunov (LQR): o LQR é um método de projeto de controladores robustos que usa uma função de Lyapunov quadrática para garantir a estabilidade do sistema.
- Controle por robustez estrutural: o controle por robustez estrutural usa a estrutura do sistema controlado para projetar um controlador que seja robusto a perturbações ou incertezas.
- Controle por tolerância a erros: o controle por tolerância a erros usa um controlador que é projetado para funcionar mesmo quando o sistema controlado não é perfeitamente conhecido.
Exemplos de projeto de controladores robustos
Aqui estão alguns exemplos específicos de como o projeto de controladores robustos é aplicado em engenharia elétrica:
- Controle de um motor elétrico: o controle robusto pode ser usado para projetar um controlador para um motor elétrico que garanta que o motor permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando a carga no motor varia.
- Controle de um processo industrial: o controle robusto pode ser usado para projetar um controlador para um processo industrial que garanta que o processo permaneça sob controle mesmo quando os parâmetros do modelo do processo são desconhecidos ou imprecisos.
- Controle de um robô: o controle robusto pode ser usado para projetar um controlador para um robô que garanta que o robô permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando o movimento é afetado por fatores externos.
Conclusão
O projeto de controladores robustos é uma ferramenta importante para engenheiros elétricos que trabalham com sistemas que podem ser afetados por perturbações ou incertezas. Os engenheiros elétricos que trabalham com controle robusto devem ter um conhecimento dos fundamentos do projeto de controladores robustos e dos métodos de projeto de controladores robustos disponíveis.
Aqui estão alguns exemplos específicos de métodos de projeto de controladores robustos:
Controle quadrático de Lyapunov (LQR)
O controle quadrático de Lyapunov (LQR) é um método de projeto de controladores robustos que usa uma função de Lyapunov quadrática para garantir a estabilidade do sistema.
O LQR funciona minimizando uma função de custo que é composta de dois termos:
- O primeiro termo é uma função quadrática da saída do sistema. Esse termo representa o quanto o sistema está se afastando da saída desejada.
- O segundo termo é uma função quadrática do sinal de controle. Esse termo representa o quanto o sinal de controle está sendo usado.
O LQR pode ser usado para projetar controladores robustos para sistemas lineares e não lineares.
Controle por robustez estrutural
O controle por robustez estrutural é um método de projeto de controladores robustos que usa a estrutura do sistema controlado para projetar um controlador que seja robusto a perturbações ou incertezas.
O controle por robustez estrutural funciona impondo restrições à estrutura do controlador. Essas restrições garantem que o controlador seja robusto a perturbações ou incertezas.
O controle por robustez estrutural pode ser usado para projetar controladores robustos para sistemas lineares e não lineares.
Controle por tolerância a erros
O controle por tolerância a erros é um método de projeto de controladores robustos que usa um controlador que é projetado para funcionar mesmo quando o sistema controlado não é perfeitamente conhecido.
O controle por tolerância a erros funciona usando um controlador que é projetado para funcionar mesmo quando os parâmetros do sistema controlado estão dentro de uma faixa de incerteza.
O controle por tolerância a erros pode ser usado para projetar controladores robustos para sistemas lineares e não lineares.