Candidato: Cláudio L. D`Elia Machado
Programa: UFSC / POSMEC
Data: Maio de 2010
Orientador: Victor Juliano De Negri
Coorientador: Mauro André Barbosa Cunha (CEFET-RS); Raul Guenther (in memoriam)
Resumo: Este trabalho trata do problema de controle de robôs hidráulicos que utilizam válvulas proporcionais direcionais com centro supercrítico realizando seguimento de trajetória de posição e tem enfoque na compensação de zona morta destas válvulas. Os robôs hidráulicos apresentam grande capacidade de carga e um grande potencial de aplicação na indústria. Isto se deve a elevada relação força/dimensão dos atuadores hidráulicos e a capacidade que possuem para responder de forma rápida aos sinais de comando. No entanto, os robôs hidráulicos oferecem algumas dificuldades ao controle. Há, por exemplo, acoplamento de dinâmicas, dificuldades da estimativa de parâmetros do modelo matemático, variação de alguns parâmetros durante a operação e comportamento não-linear provocado pelo atrito no cilindro hidráulico e pela zona morta das válvulas proporcionais direcionais de centro supercrítico. Neste trabalho, uma estratégia de controle em cascata é aplicada com objetivo de superar estas dificuldades. Esta estratégia tem como característica a divisão do modelo matemático do robô hidráulico em subsistemas e permite a aplicação de técnicas de controle não-linear para superar as dificuldades inerentes de cada subsistema. Tanto o atrito no cilindro hidráulico quanto a zona morta da válvula provocam os erros de seguimento de trajetória do robô. O atrito influi na dinâmica do movimento no subsistema mecânico que tem como entrada a força produzida no cilindro pelo subsistema hidráulico e como saída a posição angular dos elos do robô. Os erros de seguimento de posição dos elos provocados pelo atrito podem ser reduzidos através de sua compensação direta no subsistema mecânico utilizando observadores de atrito baseados em modelos dinâmicos. A zona morta retarda a abertura da válvula gerando erros significativos de seguimento de força no subsistema hidráulico. Sua compensação pode ser realizada através de uma função inversa da zona morta. Assim, apresenta-se um controlador em cascata capaz de compensar a dinâmica da válvula e sua zona morta, a dinâmica da força hidráulica, do atrito e do movimento dos elos do robô. Apresentam-se, também, leis de adaptação de parâmetros para a função inversa da zona morta. A implementação destas leis adaptativas tem como objetivo principal a redução dos erros de seguimento no subsistema hidráulico através da compensação da zona morta e, consequentemente, a redução dos erros de seguimento de posição angular dos elos do robô. Mostra-se, através da análise de estabilidade por Lyapunov e de forma experimental, que os erros resultantes do seguimento de trajetória convergem para um conjunto residual mesmo quando o controlador em cascata não realiza a compensação do atrito e da dinâmica da válvula, mas utiliza as leis de adaptação e a compensação de zona morta propostas neste trabalho. Os resultados teóricos e experimentais permitem concluir que a compensação de zona morta também pode compensar, de forma indireta, outras dinâmicas como a do atrito.
MACHADO, C. L. E. Controlador em Cascata com Adaptação de Parâmetros para Robôs Hidráulicos. 2010. Tese (Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica), 216 p. Universidade Federal de Santa Catarina: Florianópolis.