Controle adaptativo e robusto de robôs móveis com rodas

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010Este trabalho tem por foco o desenvolvimento de uma metodologia de controle de trajetória de robôs móveis não-holonômicos com rodas e acionamento diferencial. A metodologia proposta baseia-se nos modelos cinemáticos (de postura e de configuração) e dinâmico ambos sujeitos a incidência de incertezas e/ou perturbações. São propostos quatro controladores cinemáticos em coordenadas retangulares obtidos da combinação das teorias de controle a estrutura variável, de controle adaptativo (quando aplicável) e de controle por redes neurais. Na realização do controle dinâmico, é proposto um controlador de torque, obtido a partir da teoria de controle baseada na inércia, também projetado por redes neurais. Este controlador compensa as perturbações e estima os parâmetros dinâmicos do robô móvel, uma vez que estes parâmetros podem variar com o tempo e que são de difícil medição. Os algoritmos de ajustes on-line dos pesos das redes neurais, bem como as leis de adaptação de parâmetros (quando aplicável) são obtidos por meio da análise de estabilidade, tanto para os controladores cinemáticos propostos quanto para o controlador dinâmico proposto, tendo por base a teoria de Lyapunov. Resultados de simulações são apresentados com o intuito de verificar a efetividade das estratégias de controle propostas para situações de seguimento de trajetórias, considerando os parâmetros do robô móvel Magellan PRO ISR. Comparações de desempenho são feitas utilizando resultados de um controlador de torque do tipo torque computado com o controlador de torque proposto. Também é feita a comparação de desempenho de um dos controladores cinemáticos propostos com resultados da literatura.This work focuses on the development of a methodology for trajectory control of wheeled mobile robots with differential steering. The proposed methodology is based on kinematic (posture and configuration) and dynamic models both subject to uncertainties and / or disturbances. Four kinematic controllers are proposed in rectangular coordinates obtained by combining the theories of variable structure control, adaptive control (where applicable) and control by neural networks. To the dynamic control, it is proposed a torque controller, obtained from the control theory based on inertia, also designed by neural networks. This controller compensates for the disturbances and estimates the dynamic parameters of the robot, since these parameters may vary over time and are difficult to measure. Algorithms on-line adjustments of the weights of neural networks as well as the laws of adaptation of parameters (where applicable) are obtained through the stability analysis for both the kinematic controllers proposed as for the proposed dynamic controller, based on Lyapunov theory. Simulation results are presented in order to verify the effectiveness of proposed control strategies for trajectory tracking situations, considering the parameters of the mobile robot Magellan PRO ISR. Performance comparisons are made using results of a computed-torque controller with the proposed torque controller. It is also made a performance comparison of kinematic controllers proposed in the literature