Projeto de controle por modos deslizantes fuzzy adaptativo para robôs móveis com rodas na resolução do problema de rastreamento de trajetória

Abstract

Resumo: Este trabalho propõe o uso do controle por modos deslizantes fuzzy adaptativo (controle cinemático) integrado com um controle por dinâmica inversa com controle proporcional mais derivado (controle dinâmico) aplicado ao problema de rastreamento de trajetória para um robô móvel com rodas de acionamento diferenciais, sujeito a incertezas e perturbações. O controle por modos deslizantes uma técnica bem conhecida, comprovado, apta a lidar com incertezas e perturbações (por exemplo, incertezas estruturais e de parâmetros, perturbações externas e limitações operacionais). Para minimizar os problemas encontrados em implementações práticas do controlador por modos deslizantes clássica, um controlador fuzzy adaptativo do tipo Mamdani substitui a porção descontínua do controle, presente em formas clássicas, causando a perda de invariância, mas ainda garantindo a robustez a incertezas e perturbações sem ter qualquer conhecimento a priori de seus limites, evitando o chattering. Além disso, o controlador fuzzy adaptativo é uma ferramenta viável para aproximar qualquer sistema não-linear contínuo com precisão arbitrária, e tem uma estrutura simples, que utiliza funções de pertinência triangulares, um baixo número de regras que devem ser avaliadas, reduzindo a carga computacional e torna viável a implementação em tempo real. Análise de estabilidade e convergência de erros de rastreamento, bem como as leis de adaptação são garantidas com base na teoria de Lyapunov. Simulação e resultados experimentais são explorados como verificação e validação da estratégia de controle proposta

Abstract: This paper proposes the use of an adaptive fuzzy sliding mode controller (kinematic control) integrated with an inverse dynamic control with proportional plus derivative control (dynamic control) applied to the trajectory tracking problem for a differential wheeled mobile robot, subject the uncertainties and disturbances. The sliding mode controller is a well known, proven control method, fit to deal with uncertainties and disturbances (e.g., structural and parameter uncertainties, external disturbances and operating limitations). To minimize the problems found in practical implementations of the classical sliding mode controller, a Mamdani type adaptive fuzzy logic controller replaces the discontinuous portion of the control signals present in classical forms, causing the loss of invariance, but still ensuring the robustness to uncertainties and disturbances without having any a priori knowledge of their boundaries, avoiding the chattering. Moreover, the adaptive fuzzy logic controller is a feasible tool to approximate any real continuous nonlinear system to arbitrary accuracy, and has a simple structure by using triangular membership functions, a low number of rules that must be evaluated, resulting in a lower computational load for execution, making it feasible for real time implementation. Stability analysis and the convergence of tracking errors as well as the adaptation laws are guaranteed with basis on the Lyapunov theory. Simulation and experimental results are explored as verification and validation of the proposed control strategy