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Universita di Roma Tre
Complementi di Controlli Automatici
Introduzione al corso
Prof. Giuseppe Oriolo
DIS, Universita di Roma “La Sapienza”
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Organizzazione del corso
• le lezioni saranno tenute in parte da Marilena Vendittelli ([email protected]) ein parte da Giuseppe Oriolo ([email protected])
• II periodo didattico: dal 18 febbraio al 5 aprile 2008
• lezioni: ore 15:45–17:15, 4 giorni/settimana (lunedı–venerdı, tranne mercoledı), aulaN7
• eventuali recuperi nel quinto giorno della settimana, con lo stesso orario
• ricevimento: giovedı, ore 14:00–16:00, presso il DIS, via Ariosto 25. Previoappuntamento, presso il DIA, via della Vasca Navale 79.
• sito web del corso: http://www.dis.uniroma1.it/labrob/people/oriolo/rm3/cca/cca.htm
Modalita d’esame
• prova scritta e orale (discussione scritto)
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 2
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Obiettivi del corso
• fornire metodi avanzati per il progetto di controllori per processi multivariabili lineari enonlineari
• illustrarne l’applicazione a sistemi di natura elettromeccanica
Prerequisiti
• metodi basati su rappresentazioni con lo spazio di stato a tempo continuo
• concetti base di Teoria dei Sistemi e Controlli Automatici
stabilita, proprieta strutturali (raggiungibilita e osservabilita), decomposizioni canoniche(di Kalman), assegnazione degli autovalori mediante reazione dallo stato, osservatoriasintotici dello stato, principio di separazione. . .
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 3
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Programma – 1
• regolazione asintotica dell’uscita per sistemi lineari MIMO
– caso di informazione completa (reazione dallo stato e disturbi misurabili)
– caso di reazione dal solo errore di uscita
– principio del modello interno
– confronto con i metodi classici basati su rappresentazioni ingresso-uscita(caso SISO)
– cenni sulla costruzione di regolatori robusti
• controllo del robot Pendubot
– cenni sulla modellistica delle strutture sottoattuate
– stabilizzazione di configurazioni di equilibrio instabile
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Programma – 2
• controllo di un robot flessibile
– cenni sulla modellistica
– inseguimento di traiettorie per il tip mediante regolazione asintotica
• teoria della stabilita
– definizioni di stabilita secondo Lyapunov
– il metodo diretto di Lyapunov
– costruzione di funzioni di Lyapunov
– teoremi dell’insieme invariante
– il metodo indiretto di Lyapunov
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Programma – 3
• stabilizzazione via retroazione dallo stato
– stabilizzazione mediante approssimazione lineare
– cenni alla linearizzazione esatta via retroazione
• controllo dei robot manipolatori
– cenni sulla modellistica: il metodo di Eulero-Lagrange
– stabilizzazione di posizione (set-point) mediante il criterio di Lyapunov: controlloriPD con compensazione della gravita, controllori PID
– set-point e tracking mediante linearizzazione esatta
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Programma – 4
• controllo dei robot mobili
– vincoli anolonomi
– modellistica
– elementi di controllabilita e stabilizzabilita non lineare
– pianificazione del moto
– stabilizzazione di traiettoria
alcuni esempi di applicazione delle tecniche studiate in questo corso −→
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Esempio di applicazione: Flexarm (singolo braccio robotico flessibile)
• sistema lineare per piccole deformazioni
• inseguimento di traiettoria rest-to-rest per il tip (uscita a fase non minima) medianteregolazione asintotica
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Esempio di applicazione: Robot manipolatori industriali
• dinamica fortemente non lineare
• stabilizzazione di posizione (set-point) mediante controllo PD con compensazione digravita
• inseguimento di traiettoria (tracking) mediante linearizzazione via feedback
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Esempio di applicazione: Robot mobile SuperMARIO
• cinematica non lineare e anolonoma
• inseguimento di traiettorie cartesiane assegnate mediante controllori basati sul metododi Lyapunov
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Esempio di applicazione: Pendubot
• sistema non lineare sottoattuato (un solo motore alla spalla)
• inseguimento di traiettoria sinusoidale dell’end-effector (uscita a fase non minima)mediante regolazione dell’uscita
• swing-up (trasferimento e stabilizzazione all’equilibrio inverso) mediante controlloribasati sul metodo di Lyapunov
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 11
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Esperimenti illustrativi – 1
Flexarm: inseguimento di traiettoria rest-to-rest per l’end-effector
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 12
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Esperimenti illustrativi – 2
Pendubot: swing-up
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Esperimenti illustrativi – 3
Pendubot: inseguimento di traiettorie di uscita
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 14
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Esperimenti illustrativi – 4
SuperMARIO: inseguimento di una traiettoria cartesiana ‘ad otto’
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 15
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Testi di riferimento
• A. Isidori: Sistemi di Controllo (Vol.II), 2a Edizione, Siderea
– capitolo II (tutto)
– appendice B.1
• A. Ruberti, A. Isidori: Teoria della Stabilita, Siderea
• H. K. Khalil: Nonlinear Systems, Prentice Hall
• A. Isidori: Nonlinear Control Systems, 3rd Edition, Springer Verlag
[disponibili anche in biblioteca]
Materiale didattico (sul sito internet del corso)
• slides delle lezioni
• files MATLAB/SIMULINK con vari esempi
• due brevi raccolte di esercizi e testi d’esame
G. Oriolo Complementi di Controlli Automatici (Universita di Roma Tre) – Introduzione al corso 16