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Investigador Responsable: Antonio Barreiro Blas
Subproyecto 1: DPI2004-07670-C02-01
Grupo de Control No Lineal
Universidad de Vigo
OBJETIVOS
• Desarrollo de herramientas de análisis de estabilidad robusta (Lyapunov, pasividad,…)
• Orientadas a sistemas con retardos variables e incertidumbres
• Aplicaciones: Teleoperación y retardos debidos a redes de comunicación
RESULTADOS PRINCIPALES
1. Nuevos resultados sobre estabilidad de sistemas de control basados en “reset”
2. Análisis de estabilidad robusta de sistemas teleoperados mediante técnicas Lyapunov-Krasovskii y LMIs
3. Diseño e implementación de un sistema háptico de teleoperación de grúa basado en pasividad
4. Desarrollo de técnicas de estabilidad por Lyapunov de sistemas de control en red, con retardos y pérdidas
1. Reset Control
Herramientas para estabilidad con retardos y reset
Funcionales de Lyapunov-Krasovskii
Lema Kalman-Yacubovich-Popov generalizado: (i) = (ii)
A. Baños, A. Barreiro, “Delay-independent stability of reset systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 2007 (en revisión).
Baños, A. Barreiro, “Delay independent stability of reset control systems”, Proceedings del IECON '06- 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, París 2006
Resultados sobre estabilidad independiente del retardo
1. Reset Control
/ , , 0dx dt Ax u y x x
Estabilidad dependiente del retardo
Interpretaciones basadas en positividad y en control impulsional
2( ) , | ( ) | 0k ku t t y uy x t
A.Baños, A.Barreiro, “Delay-dependent stability of reset control systems”, ACC’07
Reseteo repetitivo. Sistema discreto equivalente
Cotas para los intervalos de reset
Inducción de oscilaciones en sistemas con retardo
A.Baños, J. Carrasco, A. Barreiro, “Reset times-dependent stability of reset control for unstable base systems”, IEEE International Sympsium on Industrial Electronic, 2007 (aceptado).
A.Baños, J. Carrasco, A. Barreiro, “Reset times-dependent stability of reset control systems”, European Control Conference, ECC 2007 (aceptado)
Estabilidad dependiente de los instantes de reset
2. Estabilidad de sistemas de teleoperación
• Estabilidad de sistemas con retardos aplicada a sistemas de teleoperación:– Modelado de diferentes arquitecturas de control (4C, 2C,
modos V-V, F-F, F-V) en teleoperación como sistemas neutrales– Estabilidad dependiente del retardo: análisis de Lyapunov-Krasovskii para
sistemas lineales neutrales. Condiciones de estabilidad basadas en LMIs
( ) ( ) ( ) ( )d dt Az t A z t C tz z NDE:
0 0
1 22( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
d
T T TtV z z t Cz t P z t Cz t z t S z t d z t S z t d
0
1 3 42( ) ( ) ( ) ( ) ( )
d
d d
t tT Tt t t
V z z S z d d z S z d d
LKF:
A.Barreiro, E. Delgado, “Stability of teleoperation systems by delay-dependent neutral LMI techniques”, IEEE IECON, París (2006)
LMI:
0
000
000
000
000
5515
4414
3313
2212
1514131211
T
T
T
T
4*
553*
44233
43*
12122
2*15
*14
13
43*
2112
43*
2111
,,
)()(
)(
)()()(
SSS
CSSCSCSSC
PA
CPA
CPA
PACCSSSS
SSSSAAPPAA
TT
d
d
d
dT
d
2. Estabilidad de sistemas de teleoperación
• Estabilidad de sistemas de teleoperación con retardos variables mediante LMIs:– Estudio del comportamiento del retardo variable en el tiempo, en Internet.
Nueva interpretación de las cotas en la derivada del retardo– Condiciones de estabilidad por funcionales de Lyapunov-Krasovskii– Encapsulaciones (IQCs) de retardos variables– Aplicación al sistema de teleoperación de grúa
E. Delgado, A.Barreiro, “Stability of teleoperation systems for time-varying delays by LMI techniques”, ECC’07, Kos, Greece (2007)
Valor nominal Desviación
0.05 0.005
0.116 0.055
0.2 0.055
0.5 0.04
1 0.035
2 0.02
Grúa: Sist. NoLineal, Multivariable, Subactuado Teleoperado: retardos de comunicación causa de inestabilidad
Enfoque adoptado: Control por PASIVIDAD
Desarrollo controladores integrados en marco de pasividad:
- Controlador Local por Pasividad (IDA-PBC) *
- Adaptación a línea comunic.: Intrinsically Passive Controllers (IPC´s) **
- Corrección de deriva de Posición con Monitorización de Energía ***
* Tratam. polar del swing. Moldeo potencial subactuado y cinético** Interpret. Moldeo potencial actuado y disipacion*** Nuevas técnicas, modos grueso y fino, indexado pos., vel.
Moldeo de Energía Inyección Disipación
1( )
( , )
T T des u u u
T ddi v u
VVu G G G
q q
Hu q p K G
p
3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad
Gómez-Estérn, Barreiro, Aracil, Gordillo, “Robust generation of periodic oscillations in nonlinear systems”, Int. J. Robust and Nonlinear Control, vol.16, 863-890 (2006)
Moldeo de EnergíaMoldeo de Energía
PERO: EN COMUNICACIÓN VÍA INTERNET … Retardos variables Llegada de datos desordenados Pérdida de paquetes de información
SCATTERING
(Variables de Potencia Variables de Onda): Hace pasiva la línea con retardos constantes
Anderson & Spong (1989)Niemeyer & Slotine (1991)
En Teleoperación Pasiva (envío fuerza/velocidad),
los retardos pueden desestabilizar el sistema
3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad
Secchi, Stramigioli, Fantuzzi (2003)
Berestesky, Chopra, Spong (2004) Clave: Gestión digital de la información para pasivar la comunicación Pasividad: Concepto intuitivo en variables de onda (≈ potencia) Diversos algoritmos propuestos
A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Digital Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, IEEE Int.Symp.ISIE’07, Vigo,Spain, June 2007A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, European Control Conference, ECC’07, Kos,Greece, July 2007
Vídeo Realimentación Táctil
Realim
entación
Visual
Pantalla de OperadorAyudas al Operador:
- Visuales: Entorno Virtual Grúa y obstáculos * Estado de la planta (carga azul) * Posición deseada (carga magenta) -Táctiles: Realimentación de Fuerza A través del dispositivo háptico: * Enfatización de contactos F k*F5
* Efectos Hápticos: Paredes Virtuales
Comunicaciones HandShake proSENSE
VirtualTouch Toolbox(Network Option)
Entorno Visual VR ToolboxSimulink RTW+RTWT
ComunicacionesS-functions
SimulinkHumusoft RTT
PC MAESTRO: PC ESCLAVO:
3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad
4. Sistemas de Control en Red: retardos y pérdidas
– Influencia de retardos y pérdidas. Tiempo discreto– Técnicas de análisis y diseño con Lyapunov y LMIs.– Aplicación a controladores lineales y no lineales
(fuzzy), estáticos (realimentación de estado) y dinámicos (PID).
“Sistemas de control en red: análisis y diseño de controladores robustos en presencia de retardos y pérdidas”, Tesis doctoral, Universidad de Vigo, 2005, Autor: M. García Rivera, Director: A.Barreiro,
4. Sistemas de Control en Red: retardos y pérdidas
• M. García Rivera, A.Barreiro, “Analysis of networked control systems with drops and variable delay”, Automatica, vol. 43, 2007
• Técnica de estabilidad para sistemas lineales en red:– Pérdidas y/o retardos variables– Sist. Discreto. Coef. Inciertos → Nº infinito LMIs– Envoltura Convexa → Nº finito LMIs
Resultados principales. Resumen
• Publicaciones
Revistas: 4+1
Congresos: 16 • Tesis Doctoral : 1• Aplicaciones/Transferencia técnológica:
• Centro Tecnológico de Automoción de Galicia (CTAG)
• Referencias más significativas- A. Baños, A. Barreiro, “Delay-independent stability of reset systems”, IEEE Transactions on
Automatic Control, 2007 (en revisión).- A. Barreiro y A. Baños, “Input-output stability of systems with backlash”, Automatica, vol. 42, no. 6,
pp. 1017-1024, 2006.- M. García Rivera, A.Barreiro, “Analysis of networked control systems wit drops and variable delay”,
Automatica 2007. - E. Delgado, A.Barreiro, “Stability of Teleoperation systems with time-varying delays by LMI
techniques”, European Control Conference, ECC’07, Kos,Greece, 2007- A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Digital Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, IEEE Int. Symp. ISIE’07, Vigo, Spain, 2007.
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