Extensão do iterative feedback tuning para sistemas em cascata com aplicação em controle de quadricópteros

Abstract

Os métodos de controle baseados em dados têm como diferencial utilizar os dados coletados de experimentos para realizar a sintonia do controlador de uma forma direta e sem utilizar nenhum modelo do processo. Um dos métodos já consagrados é o conhecido Iterative Feedback Tuning, método este caracterizado como um algoritmo iterativo de otimização que busca a minimização do critério de desempenho norma H2. O presente trabalho propõe uma extensão baseada no clássico algoritmo Iterative Feedback Tuning para sistemas em formato cascata com duas malhas de controle. O formato cascata com duas malhas de controle é uma estrutura comum e muito utilizada em aplicações de cunho industrial. A sintonia deste tipo de estrutura em metodologias clássicas de controle envolve geralmente duas etapas. Primeiramente a malha interna é sintonizada para então posteriormente a malha externa. A vantagem do método de controle baseado em dados proposto está em realizar a sintonia de ambas as malhas de forma simultânea e concomitantemente. É escolhida como aplicação um veículo aéreo não tripulado com quatro rotores, mais conhecido como quadricóptero. Esta aplicação tem uma dinâmica complexa, uma vez que o sistema é classificado como sendo não-linear e multivariável, algo demonstrado através do equacionamento dinâmico do quadricóptero que é apresentado. Uma série de simulações e experimentos práticos são apresentadas com o intuído de demonstrar a dinâmica descrita no modelo e também demonstrar a aplicação do algoritmo Cascade Iterative Feedback Tuning para os mesmos.

The methods of data-driven control have the distinction to use the data collected from experiments to perform the tuning of the controller directly and without using any process model. One method already established is the Iterative Feedback Tuning, this method is characterized as an iterative optimization algorithm that aims to minimize the H2 norm performance criterion. The present work proposes an extension based on the classical Iterative Feedback Tuning algorithm for cascade systems with two control loops. The cascade format with two loops is a common structure and widely used in industrial applications. In classical control methods, the tuning of this type of structure usually involves two steps. First, the inner loop is tuned and subsequently the outer loop. The advantage of the proposed data-driven control method is to perform this tuning of both controller simultaneously and concurrently. We choose as an application a unmanned aerial vehicle (UAV) with four rotors, better known as quadcopter. This application has a complex dynamic, since the system is classified as being non-linear and multivariable, demonstrated by the quadcopter dynamic equations. A series of simulations and practical experiments are presented to demonstrate the dynamicmodel described and also to validate the method CIFT algorithms.