Diseño y simulación de controladores tipo PID y espacios nulos para seguimiento de trayectoria y evasión de obstáculos aplicados a una formación de manipuladores aéreos

Antamba Rivera, Jefferson Vladimir
Quiñónez Ibujés, Johana Belén

2020-01-28

Antamba Rivera, J. V. & Quiñónez Ibujés, J. B. (2020). Diseño y simulación de controladores tipo PID y espacios nulos para seguimiento de trayectoria y evasión de obstáculos aplicados a una formación de manipuladores aéreos. 172 hojas. Quito : EPN.
T-IE/5003/CD 10207

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El presente trabajo presenta un estudio realizado sobre el control de seguimiento de trayectoria y evasión de obstáculos aplicados a una formación de tres manipuladores aéreos. Para la tarea de seguimiento de trayectoria, se propone un control tipo PID y un esquema de control basado en espacio nulo. Se utiliza el espacio nulo de una matriz jacobiana para lograr varios objetivos de control, asignando una prioridad en el orden de las tareas involucradas mientras se resuelven los conflictos entre ellas. Para la tarea de evasión de obstáculos, se utiliza la definición de energía potencial artificial acoplada al enfoque basado en el espacio nulo. La estabilidad de los controles propuestos se verifica de acuerdo con los criterios de Lyapunov. Utilizando MATLAB como plataforma de simulación, se presentan los resultados obtenidos para varias pruebas de simulación y el diseño de una interfaz gráfica de usuario. Se analiza además el desempeño de los controladores propuestos mediante el índice de desempeño ISE o integral del error al cuadrado. Los resultados para los controladores basados en espacio nulo muestran la respuesta del sistema para diferentes prioridades entre las tareas de control.

This work presents a study of trajectory tracking control and obstacle avoidance applied to a formation of three aerial manipulators. For the trajectory tracking task, a PID-type control and a null-space based control scheme are proposed. The null space of a Jacobian matrix is used to achieve several control objectives, assigning a priority in the order of the tasks involved while resolving conflicts between them. For the task of obstacle avoidance, the definition of artificial potential energy coupled with the null-space approach is used. The stability of the proposed controls is verified according to Lyapunov criteria. Using MATLAB as a simulation platform, the results obtained from some simulation tests and the design of a graphical user interface are presented. The performance of the proposed controllers is also analyzed using the ISE or integral performance index of the squared error. The results for the null-space based controllers show the system response for different priorities between the control tasks.

Leica Arteaga, Paulo César, director

ELECTRÓNICA; SISTEMAS DE CONTROL; ROBÓTICA;