Controlo de seguimento de caminho de robôs móveis com rodas na presença de incertezas

Abstract

Ao longo desta tese é apresentado e discutido o problema do controlo de seguimento de caminho de robôs móveis com rodas, sendo discutidas, clarificadas e sistematizadas as metodologias necessárias à aplicação de técnicas de controlo avançadas. Neste estudo é proposta e descrita, em detalhe, uma nova estratégia de controlo de seguimento de caminho, composta por uma malha interna de linearização por realimentação entrada saída e por uma malha externa de controlo linear com o controlador AOB (controlador com observador activo baseado no filtro de Kalman). Nos primeiros capítulos são sistematizados e desenvolvidos os conceitos teóricos necessários à obtenção dos modelos cinemático e dinâmico (usando o formalismo de Lagrange) do robô móvel com rodas. Seguidamente, é apresentada uma representação em espaço de estados, não linear, do sistema dinâmico com restrições holónomas e não-holónomas, que contribui, de um modo conveniente, para a aplicação da linearização por realimentação. É verificado que o sistema não-linear é linearizável por realimentação entrada-saída quando são especificadas as equações de saída mais adequadas, neste caso para o controlo de seguimento de caminho. A estratégia de controlo de seguimento de caminho proposta, tem a particularidade de ser usada em modo discreto e de permitir que o sistema em malha fechada tenha um comportamento desejado, sendo robusta a incertezas e perturbações. Finalmente, o desempenho do algoritmo de seguimento de caminho proposto é verificado exaustivamente por meio de simulação computacional, comparando-o com outras estratégias de controlo usadas na malha de realimentação linear (das variáveis de estado), tais como Controlador de Colocação de Pólos (PPC) e Controlador de Colocação de Pólos com um Observador por filtro de Kalman (CKF), de modo a mostrar a sua validade, estabilidade, eficácia e robustez.