Controle de orientação em um giroscópio com grandes deslocamentos angulares

Abstract

O giroscópio é um sistema dinâmico de alta aplicabilidade onde, a gama de aplicação se dá devido a presença do efeito giroscópico que é usado no controle de orientação de corpos no espaço. Visando demonstrar este fato, este trabalho aplica um controlador linear quadrático (LQR) projetado a partir do modelo linearizado do giroscópio. Este controlador é testado experimentalmente e os resultados mostram limitações para grandes deslocamentos angulares e na presença de torque de perturbação. Para evitar estas limitações em condições de grandes deslocamentos a proposta foi projetar um controlador não linear diretamente com a planta não linear do giroscópio. A dissertação mostra que mesmo uma estratégia simples de controle do tipo on/off pode apresentar melhores resultados quando o giroscópio opera com grandes deslocamentos angulares e apresenta não linearidades acentuadas. A dissertação descreve o modelo do giroscópio usado, as técnicas de controle implementadas e a comparação de desempenho de ambas abordagens de controle.

The gyroscope is a dynamic system of high applicability where the range of application is due to the presence of the gyroscopic effect that is used in the control of body orientation in space. Aiming to demonstrate this fact, this work applies a quadratic linear controller (LQR) projected from the linearized model of the gyroscope. This controller is experimentally tested and the results show limitations for large angular displacements and in the presence of perturbation torque. To avoid these limitations in conditions of large displacements, the proposal was to design a nonlinear controller directly with the nonlinear gyroscope. The dissertation shows that even a simple on/off control strategy can perform better when the gyroscope operates at large angular displacements and exhibits sharp nonlinearities. The dissertation describes the gyroscope model used, the control techniques implemented and the performance comparison of both control approaches.