Modelagem e controle de uma ponte rolante de três graus de liberdade utilizando controle por planejamento e rastreamento de trajetória

Abstract

Este trabalho apresenta a modelagem dinâmica de uma ponte rolante de três graus de liberdade, considerando a presença de arrasto aerodinâmico causado por ventos. Dois tipos de controle são utilizados: um baseado em linearização por realimentação dinâmica de estados via extensão dinâmica, e outro, em controle hierárquico. O sistema de realimentação dinâmica baseia-se na propriedade de planicidade diferencial (Flatness) do modelo dinâmico da ponte rolante. Já o controlador hierárquico baseia-se em sistemas singularmente perturbados e separa o sistema em duas escalas de tempo. Demonstra-se que em sistemas com planicidade diferencial (Flat Systems), todas as variáveis podem ser apresentadas em função de suas chamadas saídas planas (flat outputs) e de um número finito de derivadas no tempo das mesmas saídas. Com o planejamento da trajetória destas, é possível planejar todas as variáveis do sistema. Simulações comparativas são apresentadas, incluindo diferentes condições de carregamento, arrasto aerodinâmico e tempo de transporte. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work presents the dynamic modeling of a three degree-of-freedom overhead crane considering the presence of aerodynamic drag force caused by winds. Two types of control are used, one based on dynamic state feedback linearization through dynamic extension, and another based on hierarchical control. On one hand, the dynamic feedback system is based on the Flatness property of the overhead crane. On the other hand, the hierarchical controller is based on singularly perturbed systems and it separates the system into two time scales. It is shown that in differentially flat systems, all variables can be presented according to their flat outputs and according to a finite number of their time derivatives. By planning the trajectory of these outputs, all system variables can also be planned. Comparative simulations are presented, including different conditions for loading, aerodynamic drag force and travelling time.