'Programa de Pos-graduacao em Ciencias Contabeis da UFRJ'
Abstract
Nowadays, line of sight stabilization and tracking using inertially stabilized platforms (ISPs) are still challenging engineering problems. With a growing demand for high-precision applications, more involved control techniques are necessary to achieve better performance. In this work, kinematic and dynamic models for a three degrees-of-freedom ISP are presented. These models are based in the vehicle-manipulator system (VMS) framework for modeling of robot manipulators operating in a mobile base (vehicles). The dynamic model follows the Euler-Lagrange formulation and is implemented by numeric simulations using the iterative Newton-Euler method. Two distinct control strategies for both stabilization and tracking are proposed: (i) computed torque control and (ii) sliding mode control using the recent SuperTwisting Algorithm (STA) combined with a High-Order Sliding Mode Observer (HOSMO). Simulations using data from a simulated vessel allow us to compare the performance of the computed torque controllers with respect to the commonly used P-PI controller. Besides, the results obtained for the sliding mode controllers indicate that the Super-Twisting algorithm offers ideal robustness to the vehicle motion disturbances and also to parametric uncertainties, resulting in a stabilization precision of approximately 0,8 mrad.Hoje em dia, a estabilização e o rastreamento da linha de visada utilizando plataformas inerciais continuam a constituir desafiadores problemas de engenharia. Com a crescente demanda por aplicações de alta precisão, técnicas de controle complexas são necessárias para atingir melhor desempenho. Neste trabalho, modelos cinemáticos e dinâmicos para uma plataforma mecânica de estabilização inercial são apresentados. Tais modelos se baseiam no formalismo para sistemas veículo-manipulator para a modelagem de manipuladores robóticos operando em uma base móvel (veículo). O modelo dinâmico apresentado segue a formulação analítica de Euler-Lagrange e é implementado em simulações numéricas através do método iterativo de Newton-Euler. Duas estratégias de controle distintas para estabilização e rastreamento são propostas: (i) controle por torque-computado e (ii) controle por modos deslizantes utilizando o recente algoritmo Super-Twisting combinado com um observador baseado em modos deslizantes de alta ordem. Simulações utilizando dados de movimentação de um navio simulado permitem comparar o desempenho dos controladores por torque computado em relação a um tipo comum de controlador linear utilizado na literatura: o P-PI. Além disso, os resultados obtidos para o controle por modos deslizantes permitem concluir que o algoritmo Super-Twisting apresenta rejeição ideal a perturbações provenientes do movimento do veículo e também a incertezas paramétricas, resultando em precisão de estabilização de aproximadamente 0,8 mrad
