Control self-triggered para seguimiento de trayectorias no lineales de robots con adaptación al retardo del canal
- Autores: Carlos Santos Pérez
- Directores de la Tesis: Felipe Espinosa Zapata (dir. tes.), Enrique Santiso Gómez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Luis Lázaro Galilea (presid.), Daniel Pizarro Pérez (secret.), José Luis Guzmán Sánchez (voc.), Alejandro Linares Barranco (voc.), Héctor García de Marina (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
Con la proliferación de los sistemas empotrados y los sistemas de control en red, los lazos de control requieren de una mayor funcionalidad. Esto es debido a que este tipo de sistemas no disponen de recursos computacionales y de comunicación dedicados, sino que estos recursos son compartidos por múltiples tareas. Así, las leyes de control que se implementan de forma periódica, resultan ser muy conservadoras. En este tipo de sistemas el controlador actualiza la ley de control con un periodo de tiempo fijo, sin tener en cuenta el estado en el que se encuentre la planta, produciéndose un uso ineficiente de los recursos compartidos.
Esta tesis propone el uso de una técnica de control novedosa, denominada Self-triggered Control (STC), donde el controlador actualiza el sistema con una nueva señal de control únicamente cuando es necesario. Por necesario entendemos que el sistema necesita una nueva actualización para garantizar un nivel de comportamiento deseado. En primer lugar, hemos aplicado el STC al problema de controlar de forma remota una unidad robótica P3-DX a través de un canal de comunicaciones inalámbrico. Para ello consideramos el modelo lineal de la unidad robótica y un retardo de canal fijo. Para mejorar la relación entre el número de actualizaciones y el error de seguimiento de la referencia, hemos diseñado una solución de control adaptativa. La principal idea de esta técnica es hacer la condición de disparo más exigente cuando el sistema se encuentra alejado de su punto de equilibrio, y por el contrario, relajarla cuando se encuentra cerca de este. Para validar nuestros resultados, hemos comparado nuestra solución de control con controles periódicos y STC diseñados previamente por otros autores.
A continuación hemos añadido complejidad al problema a resolver, teniendo en cuenta retardos variables del canal de comunicaciones. Hemos implementado un escenario en el que cuatro robots P3-DX son controlados de forma remota por un mismo ordenador, a través del extendido estándar de comunicaciones IEEE 802.11g. Diseñamos una solución STC adaptativa en la que tenemos en cuenta la ocupación real del canal de comunicaciones. De esta forma, el controlador es el encargado de gestionar el uso del canal y limitar la magnitud de los retardos que se producen en cada momento. También hemos centrado nuestra atención en el control de robots no holonómicos que siguen trayectorias no lineales. Para ello diseñamos dos controladores aperiódicos, uno para la maniobra de aproximación a la trayectoria y otra para el seguimiento de la misma. Por último, diseñamos un controlador STC para un convoy de robots que siguen trayectorias no lineales. Estos resultados demuestran que nuestra solución de control consigue reducir el número de actualizaciones, enviadas a través del canal de comunicaciones inalámbrico, de forma significativa; manteniendo, a su vez, el error longitudinal y lateral de seguimiento de la trayectoria en valores cercanos al control periódico.
- English
With the proliferation of embedded and networked control systems, greater functionality is expected, and control loops no longer have dedicated computational and communication resources at their disposal. While traditional feedback control laws are periodically implemented due to the ease of design and analysis, this is no longer possible because it represents a conservative solution, since the controller is updated at the same rate regardless of the current state of the plant. This doctoral thesis is based on a novel control technique, Self-triggered Control (STC), in which the controller only updates the control signal when necessary. The term "necessaryïs assumed to mean that the system needs a new update in order to guarantee a desired performance level.
First, we apply STC to the problem of a P3-DX robot remotely operated through a wireless communication channel, considering a linear model of the robotic unit and constant channel delays. We design an adaptive control solution in order to improve the trade-off between the number of control updates and the tracking performance. The main idea behind this strategy is to make the triggering condition more demanding when the system is far from its equilibrium point, and conversely, to relax the update rate when the state is close to the related equilibrium. To validate our results, we compare our control solution with previous STC and periodic controllerpublished results.
We then tackle more complex aspects. On the one hand, we address the variable channel delays, working in a scenario in which four Pioneer P3-DX robots are remotely controlled by the same computer using the common IEEE 802.11g standard. We design an adaptive STC solution, taking into account the actual channel occupancy, and the controller thus manages the channel usage and compensates for current delays. On the other hand, we focus on the remote control of nonholonomic robots tracking nonlinear trajectories. We implement two aperiodic controllers, one to converge on a path target and another to track the nonlinear trajectory.
Finally, we design an STC for tracking the nonlinear trajectories of a platoon of vehicles. The simulation results indicate that our control solution achieves a negligible longitudinal and lateral tracking error, considerably reducing the number of channels accessing the wireless network compared to the periodic alternative.
- español
