Controle em tempo real de robôs móveis não-holonômicos

Abstract

Este documento trata da implementação em tempo real de controladores preditivos para robôs móveis não-holonômicos. É sabido que, conforme o Teorema de Brockett, não é possível se obter uma lei de controle do tipo realimentação de estados suave e invariante no tempo que estabilize um robô móvel não-holonômico em um ponto qualquer. Pode-se contornar o problema utilizando controle preditivo baseado em modelo (MPC). Entretanto, ao se empregar urna função-custo quadrática em relação ao estado do sistema conforme modelo comumente utilizado não se obtém convergência para o ponto de equihbrio desejado. Para tal, funções-custo específicas podem ser consideradas na formulação do MPC. São utilizados controladores MPC também para o problema de rastreamento de trajetória. São revisadas estas estratégias de controle preditivo baseado em modelo aplicadas a robôs móveis, apresentadas novas estratégias e então implementados os diversos controladores em tempo real. Medições de tempo são feitas no sistema em funcionamento para comprovar a aplicabilidade dos controladores propostos.

This document deals with the real-time implementation of predictive controllers for non-holonomic mobile robots. According to Brockett's Theorem, it is known that for such· a system a smooth, time invariant state feedback can not be used in order to obtain asymptotic point stability. This issue may be overcome by using model predictive control (MPC). However, by considering a cost function that is quadratic with respect to the system state, according to the usual model considered for the system, one does not obtain convergence to the desired point. With the objective of overcoming this problem, particular cost functions can be used. MPC controlers can also be used with mobile robots for the tracking problem. In this work different MPC strategies are revised, new strategies are presented and the controlers are then implemented in real-time. Time measures are taken on the running controllers so as to assure their applicability.