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Type: Dissertação
Title: Control allocation applied to robots subject to input constraints
Other Titles: Alocação de controle aplicada a robôs sujeitos a restrições de entrada
Author(s)/Inventor(s): Alves, Jhomolos Gomes
Advisor: Lizarralde, Fernando Cesar
Abstract: [PT] Em sistemas de controle com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), o sinal de controle de um dado grau de liberdade pode ser distribuído entre vários atuadores através de uma estratégia denominada alocação de controle. Entretanto, o problema de alocação pode não ser trivialmente resolvido, uma vez que no caso em que os atuadores do sistema estão sujeitos a restrições (e.g. saturação), o comportamento desejado pode não ser completamente satisfeito. Neste cenário, a alocação de controle consiste em um problema de otimização que busca a melhor distribuição possível dos controles ao mesmo tempo em que respeita estas restrições. As técnicas de alocação de controle podem ter o objetivo primário de manter a direção do controle ou de minimizar o erro, ou ainda, podem cumprir um objetivo secundário. Para englobar todas estas situações, as técnicas Alocação de Controle Direta, Programação Linear com Simplex, Mínimos Quadrados Ponderados com Conjunto Ativo e Ponto Interior Primal-Dual serão aplicadas em um experimento com um robô móvel do tipo diferencial e em simulações com um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) do tipo quadrirrotor e com um Veículo Submarino Operado Remotamente (ROV). Uma segunda abordagem da alocação de controle tem por objetivo a distribuição de cargas entre os agentes de uma tarefa cooperativa, que nesta dissertação será representada por meio da simulação de um sistema composto por dois manipuladores e um objeto. Todos estes sistemas serão submetidos a trajetórias com diferentes exigências, suas dinâmicas analisadas e seus resultados comparados.
Abstract: [EN] In control systems with multiple inputs and multiple outputs (MIMO), the control signal of a given degree of freedom can be distributed among several actuators by means of a strategy called control allocation. Nonetheless, the control allocation problem may not be trivially solved, since in the case that the system actuators are subject to constraints (e.g. saturation), the desired behavior may not be completely satisfied. In this scenario, the control allocation consists of an optimization problem which searches the best possible control distribution while it satisfies these constraints. The control allocation techniques may have as a primary objective to maintain the control direction or to minimize the error, or may even satisfy a secondary objective. To encompass all of these situations, the techniques Direct Control Allocation, Linear Programming with Simplex, Weighted Least Squares with Active Set and Primal-dual Interior Point are employed in an experiment with a differential drive mobile robot and in simulations of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV), such as a quadrotor, and also of a Remotely Operated Underwater Vehicle (ROV). A second approach of the control allocation aims to distribute the load among the agents in a cooperative task, which in this dissertation is represented by means of the simulation of a system composed by two manipulators and an object. All these systems are subject to trajectories with different requirements, their dynamics are analyzed and their results compared.
Keywords: Control allocation
Load allocation
Saturation
Input Constraints
Optimization
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Sep-2019
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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