Teoria do controle robusto - Optativas Avançadas I Engenheiros Elétricos
Introdução
A teoria do controle robusto é um campo da engenharia que se preocupa com o desenvolvimento de controladores que possam funcionar bem mesmo quando o sistema controlado sofre perturbações ou incertezas.
Perturbações
Perturbações são alterações no sistema controlado que não são causadas pelo controlador. As perturbações podem ser causadas por fatores internos, como variações nas condições operacionais, ou por fatores externos, como ruído ou vibração.
Incertezas
Incertezas são informações que são desconhecidas ou imprecisas. As incertezas podem ser causadas por fatores como a imprecisão dos modelos matemáticos usados para descrever o sistema controlado ou a falta de conhecimento sobre as perturbações.
Objetivo da teoria do controle robusto
O objetivo da teoria do controle robusto é garantir que o sistema controlado permaneça em uma região segura mesmo quando o sistema é sujeito a perturbações ou incertezas.
Fundamentos da teoria do controle robusto
A teoria do controle robusto se baseia em dois conceitos fundamentais:
- O conceito de função de Lyapunov: uma função de Lyapunov é uma função matemática que pode ser usada para garantir a estabilidade de um sistema.
- O conceito de região segura: uma região segura é uma região do espaço de estado do sistema onde o sistema permanece estável.
Métodos da teoria do controle robusto
Existem vários métodos diferentes da teoria do controle robusto. Alguns dos métodos mais comuns incluem:
- Controle quadrático de Lyapunov (LQR): o LQR é um método de controle robusto 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.
Aplicações da teoria do controle robusto
A teoria do controle robusto tem uma ampla gama de aplicações em engenharia elétrica. Algumas das aplicações mais comuns incluem:
- Controle de motores elétricos: o controle robusto é usado para controlar o torque e a velocidade de motores elétricos. Isso pode ser feito usando um controlador LQR para garantir que o motor permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando as condições operacionais variam.
- Controle de processos industriais: o controle robusto é usado para controlar processos industriais que são suscetíveis a perturbações ou incertezas. Por exemplo, o controle robusto pode ser usado para controlar a temperatura de um forno ou a pressão de um reator químico.
- Controle de robótica: o controle robusto é usado para controlar o movimento de robôs. Isso pode ser feito usando um controlador por tolerância a erros para garantir que o robô permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando as condições ambientais variam.
Exemplos de aplicações da teoria do controle robusto
Aqui estão alguns exemplos específicos de como a teoria do controle robusto é aplicada em engenharia elétrica:
- Controle de um motor elétrico
Um motor elétrico pode ser modelado como um sistema linear. No entanto, as condições operacionais de um motor elétrico podem variar. Por exemplo, a carga no motor pode variar de acordo com as condições de operação. O controle robusto pode ser usado para garantir que o motor permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando a carga varia.
- Controle de um processo industrial
Um processo industrial pode ser modelado como um sistema não linear. No entanto, os parâmetros do modelo do processo industrial podem ser desconhecidos ou imprecisos. O controle robusto pode ser usado para garantir que o processo permaneça sob controle mesmo quando os parâmetros do modelo são desconhecidos ou imprecisos.
- Controle de um robô
Um robô pode ser modelado como um sistema não linear. O movimento do robô pode ser afetado por fatores externos, como ruído ou vibração. O controle robusto pode ser usado para garantir que o robô permaneça dentro dos limites de segurança mesmo quando o movimento é afetado por fatores externos.
Conclusão
A teoria do controle robusto 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 da teoria do controle robusto e dos métodos de controle robusto disponíveis.