Static output feedback control for LPV and uncertain LTI systems

Abstract

Este trabalho aborda o controle via realimentação estática de saída aplicado à sistemas lineares com parâmetro variante (LPV) e lineares incertos invariantes no tempo (LIT). O projeto de ganhos de realimentação estática de saída apresentado neste trabalho é baseado no método dos dois estágios, o qual consiste em primeiramente obter um ganho de realimentação de estados, e então, utilizar esta informação no segundo estágio para obter-se o ganho de realimentação estática de saída desejado. As soluções para os problemas investigados são apresentadas na forma de desigualdades matriciais lineares (no inglês, linear matrix inequalities, LMIs), obtidas por meio da aplicação do Lema de Finsler. Baseado em resultados anteriores encontrados na literatura, este trabalho propõe uma estratégia de relaxação de forma a obter um método menos conservador para obtenção de ganhos robustos de realimentação estática de saída para sistemas incertos LTI. Na estratégia proposta, as variáveis adicionais do Lema de Finsler são consideradas como dependentes de parâmetro, juntamente com o uso de funções de Lyapunov dependentes de parâmetro (no inglês, parameter-dependent Lyapunov functions, PDLFs). É apresentado um estudo avaliando a eficácia da estratégia proposta em fornecer uma maior região de factibilidade para um dado problema. Os resultados foram utilizados em uma comparação com um método de relaxação baseado apenas no uso de PDLFs. Uma segunda contribuição deste trabalho consiste na proposta de uma solução para o controle de sistemas LPV por meio do projeto de um controlador gain-scheduled via realimentação estática de saída. As soluções propostas para ambos os problemas de controle foram aplicadas no projeto de controladores para um sistema de suspensão ativa. Nos experimentos, foi assumido que apenas um dos quatro estados do sistema estava disponível para medição. A performance dinâmica alcançada com a aplicação prática dos controladores projetados atesta o potencial dos métodos propostos, tanto em controle robusto como em controle gain-scheduling.

The static output feedback (SOF) control applied to linear parameter-varying (LPV) and uncertain linear time-invariant (LTI) systems are addressed in this work. The approach chosen for the design of SOF gains is based on the two-stage method, which consists in obtaining a state feedback gain at first, and then using that information for deriving the desired SOF gain at the second stage. The solutions for the investigated problems are presented in terms of linear matrix inequalities (LMIs), obtained by means of the application of the Finsler's Lemma. Based on previous papers found in literature, this work proposes a relaxation strategy in order to achieve a less conservative method for obtaining robust SOF gains for uncertain LTI systems. In the proposed strategy, the Finsler's Lemma additional variables are considered to be parameter-dependent along with the use of parameter-dependent Lyapunov functions (PDLFs). A study evaluating the effectiveness of the proposed strategy in providing a larger feasibility region for a given problem is presented. The results were used in a comparison with a relaxation method based only on PDLFs. Another contribution of this work lies in the proposal of a solution for the control of LPV systems via the design of a gain-scheduled SOF controller. The methods proposed for both control problems were applied on the design of controllers for an active suspension system. In the experiments, it was assumed that only one of its four system's states were available for measurement. The dynamic performance achieved with the practical implementation of the derived controllers attests to the potential of the proposed strategies in both robust and gain-scheduling SOF control.