Desenvolvimento de uma interface gráfica para o projeto de controladores no espaço de estados

Abstract

Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma GUI (do inglês, Graphical User Interface) em MATLAB para projeto e simulação de controladores para seguimento de referências periódicas. Consideraram-se os controladores ressonante, repetitivo e ressonante-repetitivo e o método de projeto baseado na solução de um problema de otimização com restrições na forma LMI (Linear Matrix Inequality). Optou-se pela criação em MATLAB de uma interface que permite ao usuário definir a descrição em espaço de estados da planta, referência e tipo de controlador para calcular os ganhos de realimentação e simular a saída, sinal de controle e erro de seguimento do sistema. Os resultados mostram que a interface gráfica funciona da maneira desejada, calculando os ganhos de realimentação e, a partir dos gráficos da simulação do sistema, é possível notar que os controladores projetados pela GUI seguem a referência com erro de seguimento praticamente nulo em regime permanente. O layout escolhido é simplificado e organizado por meio de três abas: Sistema, Projeto e Simulação. Concluiu-se que a GUI desenvolvida é uma ferramenta útil e eficaz para um usuário que visa projetar um controlador via realimentação de estados de um processo que envolve referências periódicas, eliminando a necessidade de conhecer em grande detalhe os métodos modernos de projeto de sistemas de controle que podem, por vezes, ser bastante complexos para o usuário em nível de aplicação.

This work describes the development of a Graphical User Interface (GUI) in MATLAB for design and simulation of controllers with periodic inputs. The resonant, repetitive and resonant-repetitive controllers and the design method based on a solution of an optimization problem with LMI constraints were considered. It was chosen the creation of a MATLAB interface that allows the user to define the state space description of the plant, the reference and controller type to calculate the feedback gains and to simulate the output, control and error signal of the described system. The results show that the graphical interface works as desired, calculating the feedback gains and, from the graphs of the system simulation, it is possible to notice that the controllers designed by the GUI follow the reference with an error signal close to zero in steady state. The chosen layout is simplified and its organized using three tabs named System, Design and Simulation. The conclusion is that the developed GUI is a useful and effective tool for a user that aims to design a controller via state feedback of a process that involves periodic references, eliminating the need to understand in great detail the modern design methods of control systems that can, sometimes, be quite complex for the user at the application level.