Control de Rechazo de Perturbaciones Activo Basado en Observador de Estado Extendido Predictivo para Sistemas con Retardo Temporal
Autores: Nahri, Syeda Nadiah Fatima; Du, Shengzhi; van Wyk, Barend J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Control de Rechazo de Perturbaciones Activo Basado en Observador de Estado Extendido Predictivo para Sistemas con Retardo Temporal
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Mecanismos de rechazo de perturbaciones
Control activo de rechazo de perturbaciones
Incertidumbres
Dinámicas no lineales
Naturaleza libre de modelos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
La investigación más reciente sobre mecanismos de rechazo de perturbaciones ha demostrado que el control activo de rechazo de perturbaciones (ADRC) es un controlador efectivo para las incertidumbres y dinámicas no lineales incrustadas en los sistemas a controlar. La importancia del controlador ADRC radica en su naturaleza libre de modelo, ya que requiere un conocimiento mínimo del modelo del sistema. Además, puede estimar y compensar activamente el impacto de las perturbaciones internas y externas presentes, con la ayuda de su subsistema crucial llamado observador de estado extendido (ESO). Sin embargo, el diseño del controlador ADRC se vuelve más desafiante debido a las diferentes perturbaciones del sistema, como las perturbaciones de salida, el ruido de medición y los retrasos de tiempo variables persistentes en los canales de comunicación del sistema. La mayoría de las técnicas de rechazo de perturbaciones tienen como objetivo reducir las perturbaciones internas y las perturbaciones externas (perturbaciones de entrada y salida). Sin embargo, el rechazo de perturbaciones de salida con ruido de medición bajo control de retraso de tiempo sigue siendo un problema desafiante. Este documento presenta un nuevo controlador ADRC basado en ESO predictivo para sistemas con retraso de tiempo, empleando métodos predictivos para compensar las perturbaciones originadas por el retraso de tiempo. El mecanismo de predicción del diseño del nuevo controlador (propuesto) se atribuye en gran medida al observador predictor de estado extendido (ESPO) integrado con el ADRC basado en retraso dentro del método del controlador propuesto. Así, el controlador propuesto puede predecir las dinámicas desconocidas del sistema generadas durante el retraso y compensar estas dinámicas mediante el rechazo de perturbaciones bajo control de retraso de tiempo. Este enfoque utiliza el mecanismo de optimización para determinar los parámetros del controlador, donde se emplea el algoritmo genético (GA) con la integral del error absoluto ponderado por el tiempo (ITAE) como función de aptitud. El controlador propuesto se valida controlando sistemas de segundo orden con retraso de tiempo. Se consideran sistemas de Tipo 0, Tipo 1 y Tipo 2 como las plantas controladas, con perturbaciones (dinámicas desconocidas debido al retraso y perturbaciones externas), junto con el ruido de medición presente. El método del controlador propuesto se compara con métodos de vanguardia, como el método ADRC modificado basado en retraso de tiempo y el método de controlador basado en ESPO. Los hallazgos indican que el método propuesto en este documento supera a sus competidores existentes al compensar las dinámicas durante el retraso de tiempo y muestra un comportamiento robusto, un mejor rechazo de perturbaciones y un grado razonable de resiliencia al ruido.
Descripción
La investigación más reciente sobre mecanismos de rechazo de perturbaciones ha demostrado que el control activo de rechazo de perturbaciones (ADRC) es un controlador efectivo para las incertidumbres y dinámicas no lineales incrustadas en los sistemas a controlar. La importancia del controlador ADRC radica en su naturaleza libre de modelo, ya que requiere un conocimiento mínimo del modelo del sistema. Además, puede estimar y compensar activamente el impacto de las perturbaciones internas y externas presentes, con la ayuda de su subsistema crucial llamado observador de estado extendido (ESO). Sin embargo, el diseño del controlador ADRC se vuelve más desafiante debido a las diferentes perturbaciones del sistema, como las perturbaciones de salida, el ruido de medición y los retrasos de tiempo variables persistentes en los canales de comunicación del sistema. La mayoría de las técnicas de rechazo de perturbaciones tienen como objetivo reducir las perturbaciones internas y las perturbaciones externas (perturbaciones de entrada y salida). Sin embargo, el rechazo de perturbaciones de salida con ruido de medición bajo control de retraso de tiempo sigue siendo un problema desafiante. Este documento presenta un nuevo controlador ADRC basado en ESO predictivo para sistemas con retraso de tiempo, empleando métodos predictivos para compensar las perturbaciones originadas por el retraso de tiempo. El mecanismo de predicción del diseño del nuevo controlador (propuesto) se atribuye en gran medida al observador predictor de estado extendido (ESPO) integrado con el ADRC basado en retraso dentro del método del controlador propuesto. Así, el controlador propuesto puede predecir las dinámicas desconocidas del sistema generadas durante el retraso y compensar estas dinámicas mediante el rechazo de perturbaciones bajo control de retraso de tiempo. Este enfoque utiliza el mecanismo de optimización para determinar los parámetros del controlador, donde se emplea el algoritmo genético (GA) con la integral del error absoluto ponderado por el tiempo (ITAE) como función de aptitud. El controlador propuesto se valida controlando sistemas de segundo orden con retraso de tiempo. Se consideran sistemas de Tipo 0, Tipo 1 y Tipo 2 como las plantas controladas, con perturbaciones (dinámicas desconocidas debido al retraso y perturbaciones externas), junto con el ruido de medición presente. El método del controlador propuesto se compara con métodos de vanguardia, como el método ADRC modificado basado en retraso de tiempo y el método de controlador basado en ESPO. Los hallazgos indican que el método propuesto en este documento supera a sus competidores existentes al compensar las dinámicas durante el retraso de tiempo y muestra un comportamiento robusto, un mejor rechazo de perturbaciones y un grado razonable de resiliencia al ruido.