dissertação
Controle fuzzy tolerante a falhas para robôs móveis
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Universidade Federal de Lavras
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Resumo
O problema de detecção de falhas em atuadores de robôs móveis autônomos (RMAs) com aplicação em controle de trajetória foi abordado nessa dissertação. Para essa aplicação, um robô móvel com duas rodas tracionadas e uma roda livre com cinemática não linear é demandado a seguir uma trajetória predefinida em um determinado tempo. Um ambiente sem obstáculos é considerado na execução dessa tarefa. O objetivo deve ser completado mesmo após falhas surgirem nos motores do robô. A proposta apresentada aqui emprega um Controlador Lógico Fuzzy para o controle de trajetória. Para a detecção de falhas em atuadores do RMA, os estados dos motores são estimados por um Filtro de Kalman, permitindo que um parâmetro denominado perda de efetividade (PDE) seja indiretamente calculado. Esse PDE estimado é utilizado para reconfigurar o sinal de controle gerado pelo Controlador Fuzzy, garantindo um Controle Tolerante a Falhas. Na necessidade de uma ação conjunta entre dois ou mais robôs móveis com a finalidade de completar uma trajetória, um algoritmo que aborda a ocorrência de falhas severas (aquelas que impossibilitam um funcionamento adequado) foi desenvolvido. Essa solução proposta possibilita o cumprimento da trajetória pelos robôs sem falhas solucionando uma parcela do Controle Cooperativo Tolerante a Falhas. As validações das propostas aqui apresentada foram feitas mediante simulações. Como resultado principal, o Controle de Trajetória Tolerante a Falhas utilizando um Controlador Fuzzy e um reconfigurador de sinal de controle obteve um erro de aproximadamente 0,3% do tempo alvo da trajetória.
Abstract
The problem of fault detection caused by actuators with application to trajectory tracking of wheeled mobile robots (WMRs) is addressed in this thesis. For the considered application, a wheeled mobile robot -having nonlinear kinematics- is required to follow a predefined trajectory in a stipulated time. An environment free of obstacles is used for this task. The goal has to be accomplished despite the presence of faults that may occurr in the actuators of the robot. The proposal presented here uses a Fuzzy Logical Controller to the trajectory tracking problem. For the fault detection problem in the actuators of the WMRs, the states and a loss of effectiveness (LOE) parameter are estimated by a Kalman Filter. The calculated LOE value is used to reconfigure the control signal generated by the Fuzzy Controller guaranteeing the Fault-Tolerant Control (FTC). In the need of a cooperative work for two or more robots with the goal to conclude the trajectory, an algorithm which consider severe faults was developed. The proposed solution grants the aim to be completed by the fault-free robots, leaving those with severes faults behind. Simulations were made in order to validate the proposed solutions. As a main result of the Fault-Tolerant Control, an error of aproximadetely 0,3% of the trajectory goal time was reached
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MENDES, L. M. Controle fuzzy tolerante a falhas para robôs móveis. 2019. 55p. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Sistemas e Automação) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.