Control self-triggered para seguimiento de trayectorias no lineales de robots con adaptación al retardo del canal

Abstract

Con la proliferación de los sistemas empotrados y los sistemas de control en red, los lazos de control requieren de una mayor funcionalidad. Esto es debido a que este tipo de sistemas no disponen de recursos computacionales y de comunicación dedicados, sino que estos recursos son compartidos por múltiples tareas. Así, las leyes de control que se implementan de forma periódica, resultan ser muy conservadoras. En este tipo de sistemas el controlador actualiza la ley de control con un periodo de tiempo fijo, sin tener en cuenta el estado en el que se encuentre la planta, produciéndose un uso ineficiente de los recursos compartidos. Esta tesis propone el uso de una técnica de control novedosa, denominada Self-triggered Control (STC), donde el controlador actualiza el sistema con una nueva señal de control únicamente cuando es necesario. Por necesario entendemos que el sistema necesita una nueva actualización para garantizar un nivel de comportamiento deseado. En primer lugar, hemos aplicado el STC al problema de controlar de forma remota una unidad robótica P3-DX a través de un canal de comunicaciones inalámbrico. Para ello consideramos el modelo lineal de la unidad robótica y un retardo de canal fijo. Para mejorar la relación entre el número de actualizaciones y el error de seguimiento de la referencia, hemos diseñado una solución de control adaptativa. La principal idea de esta técnica es hacer la condición de disparo más exigente cuando el sistema se encuentra alejado de su punto de equilibrio, y por el contrario, relajarla cuando se encuentra cerca de este. Para validar nuestros resultados, hemos comparado nuestra solución de control con controles periódicos y STC diseñados previamente por otros autores. A continuación hemos añadido complejidad al problema a resolver, teniendo en cuenta retardos variables del canal de comunicaciones. Hemos implementado un escenario en el que cuatro robots P3-DX son controlados de forma remota por un mismo ordenador, a través del extendido estándar de comunicaciones IEEE 802.11g. Diseñamos una solución STC adaptativa en la que tenemos en cuenta la ocupación real del canal de comunicaciones. De esta forma, el controlador es el encargado de gestionar el uso del canal y limitar la magnitud de los retardos que se producen en cada momento. También hemos centrado nuestra atención en el control de robots no holonómicos que siguen trayectorias no lineales. Para ello diseñamos dos controladores aperiódicos, uno para la maniobra de aproximación a la trayectoria y otra para el seguimiento de la misma. Por último, diseñamos un controlador STC para un convoy de robots que siguen trayectorias no lineales. Estos resultados demuestran que nuestra solución de control consigue reducir el número de actualizaciones, enviadas a través del canal de comunicaciones inalámbrico, de forma significativa; manteniendo, a su vez, el error longitudinal y lateral de seguimiento de la trayectoria en valores cercanos al control periódico.