Estabilidade e controle H [infinito] de sistemas de controle em rede com atrasos variantes no tempo e incertezas de modelo

Abstract

Esta dissertação propõe novas estratégias para a análise de estabilidade robusta e para o projeto de controladores robustos H [infinito] para sistemas de controle em rede com atrasos variantes e sujeitos a perda e/ou desordenamento de pacotes. Visando a melhor compreensão dos teoremas propostos e das contribuições do trabalho, é feita uma introdução sobre as principais questões relativas a sistemas de controle em rede e uma revisão sobre os conceitos básicos que envolvem a análise de estabilidade. A metodologia de análise é baseada na representação de sistemas de controle em rede por equações diferenciais atrasadas o que permite o estudo de sua estabilidade através de teorias de estabilidade para sistemas atrasados. Os critérios de análise desenvolvidos utilizam uma abordagem inédita que envolve o fracionamento do intervalo que delimita o atraso variante e a construção de uma nova função candidata de Lyapunov-Krasovskii que incorpora explicitamente termos dependentes do atraso variante e dos subintervalos resultantes do fracionamento. As condições resultantes estipulam um limite máximo para o atraso variante, para o qual o sistema em malha fechada mantém-se estável. As técnicas de controle desenvolvidas podem ser aplicadas para o controle de diversos sistemas reais através de redes de comunicação. Os critérios são robustos no sentido que consideram a possibilidade da existência de incertezas de modelo e de perturbações aplicadas ao sistema e asseguram o cumprimento de especificações de desempenho H [infinito]. Ademais, consideramos o problema de controle de trajetória através de redes de comunicação. As estratégias de controle desenvolvidas na dissertação são estendidas para assegurar a estabilidade assintótica robusta de sistemas de controle em rede com erro de rastreamento limitado no sentido da norma H [infinito]. Por fim, os critérios desenvolvidos são avaliados através de exemplos numéricos (benchmarks típicos da área) em todos os capítulos e simulações, de forma a ilustrar sua eficácia e demonstrar seu bom desempenho em relação aos métodos estado-da-arte conhecidos da literatura. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis presents new robust stability analysis and H [infinity] control design strategies for uncertain networked control systems with time-varying delays and packet dropouts. For the full comprehension of the thesis theorems and contributions, an introduction on the main issues related to networked control systems and a review on basic stability concepts are presented. The overall networked control system is modeled by continuous-time delay differential equation and the stability is studied under the framework of systems with time-varying delays. Novel stability criteria are established with the introduction of a new delay-fractioning approach and the development of a new Lyapunov-Krasovskii functional which explicitly considers the delay-dependent and the delay-interval-dependent terms introduced with the delay partitioning. The analysis concerns the establishment of a maximum allowable delay bound for continuous time networked control systems. The control strategies are robust for ensuring stability and H [infinity] performance properties of networked control systems liable to model uncertainties and external disturbances. Furthermore, we consider the problem of synthesize feedback controllers to make the output of a given plant asymptotically tracks a desired reference whereas ensuring disturbances attenuation properties. The analysis is enriched with several numerical examples that illustrate the advantages of our criteria which outperform state-of-the-art criteria in the literature.