Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira

Os sistemas dinâmicos lineares estão sujeitos a incertezas paramétricas e perturbações externas que dificultam o projeto de controladores robustos baseados apenas em medições parciais do estado. Nesse contexto, técnicas de controle robusto com realimentação estática da saída (SOF) tornam-se relevantes, pois apresentam simplicidade de implementação. Este artigo propõe uma metodologia de projeto de controle SOF com atenuação de perturbação baseada na norma H∞, voltada para sistemas lineares incertos. O principal objetivo é garantir desempenho robusto em malha fechada, mesmo na presença de incertezas e distúrbios. A proposta baseia-se em uma decomposição matricial que viabiliza a obtenção do ganho da SOF a partir das soluções associadas à realimentação de estado, formuladas como um problema de otimização sujeito a Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs). Essa abordagem evita o desenvolvimento de novas condições específicas para SOF, promovendo a reutilização de estruturas consolidadas no projeto por realimentação de estado. A eficácia da metodologia é demonstrada por meio de sua aplicação a um sistema de suspensão ativa. Os resultados experimentais evidenciam a viabilidade numérica, a simplicidade na implementação e o bom desempenho do controlador diante de perturbações externas e incertezas estruturais.

Este artigo apresenta uma análise comparativa de diferentes técnicas de controle chaveado, aplicadas experimentalmente a um protótipo 2 DOF Ball Balancer da fabricante Quanser. O objetivo central deste estudo é explorar, validar e quantificar a eficiência de cada estratégia de controle robusto frente a um sistema dinâmico instável e sujeito a incertezas paramétricas. O sistema 2 DOF Ball Balancer representa um desafio clássico na engenharia de controle, buscando equilibrar uma esfera livre sobre uma plataforma móvel (mesa) através de ações de controle precisas que atuam na inclinação de dois eixos simultâneos. Para a execução completa do projeto, que abrange desde a modelagem matemática e simulação numérica até a implementação prática dos controladores, utilizou-se a plataforma de software Matlab/Simulink®. Com base nos dados experimentais obtidos, o desempenho de cada controlador foi avaliado e comparado através dos índices de desempenho quantitativos mais utilizados da literatura: a Integral do Valor Absoluto do Erro (IAE), a Integral do Erro Absoluto Ponderado pelo Tempo (ITAE), a Integral do Erro Quadrático (ISE) e a Integral do Erro Quadrático Ponderado pelo Tempo (ITSE). Dessa forma, este trabalho oferece uma contribuição relevante para a área de Controle e Automação, ao passo que fornece uma validação prática robusta e estabelece uma base comparativa quantitativa. Os resultados obtidos mostram a eficácia de cada um dos métodos de controle chaveado e serve de referência para futuras aplicações em sistemas dinâmicos similares.

In this work, the practical implementation of the control system for the reaction wheel inverted pendulum (RWIP) was carried out using low-cost hardware components. A switch control strategy was adopted to operate the swing up and stabilization controllers. This switch control method integrates two distinct controllers: one designed to raise the pendulum to the inverted region, and another to stabilize it at the unstable equilibrium point in the inverted position. A nonlinear swing up controller was designed to address the problem of moving the pendulum from the stable equilibrium position to a favorable position for the application of a stabilization controller. For the stabilization region, linear controllers, proportional– integral–derivative (PID) and eigenvalue-placement—were designed, as well as a nonlinear controller based on the conventional sliding mode control (SMC) technique. The control laws were programmed using scripts developed on the Arduino IDE with the ESP32 prototyping board, and data collection was performed through serial communication between MATLAB® and the ESP32. Performance indices were calculated to evaluate the response of the controlled variable in the stabilization region.

The increasing power demand in substations and the advancement of smart-grid technology point to optical voltage sensors (OVSs) based on the Pockels effect as an attractive solution to replace traditional coil instrument transformers, due to their advantageous characteristics of lower cost and installation space, absence of explosion risks, as well as nonlinear effects such as magnetic hysteresis. Regarding the measurement, our OVS presents excellent linearity, 3 kHz bandwidth, and high input impedance. The primary contribution of this paper is to demonstrate, for the first time, the efficiency of a versatile nonlinear digital controller, based on sliding mode theory, for the optical phase demodulation of an OVS. A simple proportional-integral feedback control is employed to prevent signal fading and generate the two quadrature signals required by the observer, which includes the nonlinear digital controller. Experimental results, for 60 Hz sinusoidal voltages with amplitudes exceeding the half-wave voltage of the OVS, prove that peak-to-peak relative errors remain below 0.8%, while total harmonic distortion (THD) relative errors are under 1.5% when compared to a commercial high-voltage probe used as a reference. These results confirm compliance with Class 1.0 of the UNE-EN 60044-7 standard and show strong potential for applications in power quality measurements.

This manuscript proposes H_∞ switched controller designs for a class of linear systems with time-invariant uncertainties, where only the derivative of the state vector is used for feedback. We propose two strategies using auxiliary dynamics, which have accessible state vectors for feedback, to control the original plant. The first strategy uses a static feedback-gain matrix, while the second uses a set of feedback-gain matrices, selecting one of them through a switching law each time for feedback. Both designs ensure stability, decay rate constraints, and an H_∞ guaranteed cost for the original plant. Theoretical analyses and numerical examples demonstrate the advantage of the switched control law over a constant feedback gain. We provide simulation examples that show the effectiveness of the proposed approach. In these examples, the proposed approach presents better results than another method in the literature when the external disturbance is zero (w(t) = 0). We also report a practical implementation of the designed switched controller in a Quanser® active suspension system. This case study, where the system is subject to uncertain parameters and actuator faults, highlights the method’s effectiveness.

Modern control systems in the automotive industry aim to improve ride comfort and handling performance. In this context, non-uniform sampling, transmission delay, and partial measurements in states are increasingly important features to consider. This paper presents design conditions formulated via linear matrix inequalities (LMIs) for an output feedback controller that considers both non-uniform sampling and time delay in the state transmission. Moreover, for a more realistic setting, we consider a time-varying vehicle load. To address these challenges, the active suspension system (ASS) will be modeled as a Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy system, and an augmented Lyapunov functional is proposed. This functional also includes information from the membership functions (MFs), allows the design conditions to be relaxed. First, we propose a state feedback control, consequently, we derive the desired static output feedback (SOF) control design conditions. Simulations and practical results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed controller.

Neste trabalho é proposto um método de realimentação de estado para a D-estabilização de sistemas lineares sujeitos a incertezas politópicas. O projeto de controle visa garantir a D-estabilização do sistema controlado ao mesmo tempo que minimiza a ação de controle. Os polos do sistema controlado são alocados em uma região circular que assegura uma taxa de decaimento pré-definida para a resposta dinâmica do sistema. A eficiência do método proposto é ilustrada através de um exemplo numérico.