Este artigo trata do projeto de controle por modos deslizantes para o rastreamento de trajetória em plantas monovariáveis incertas com grau relativo unitário e com sinal de ganho de alta frequência desconhecido, i.e., a direção de controle é assumida desconhecida. Demonstra-se que é possível obter rastreamento global e exato utilizando-se apenas realimentação de saída por meio de uma função de chaveamento periódica e filtros de entrada e saída. Uma vantagem significante desse novo esquema é sua robustez à direção de controle variante no tempo que foi teoricamente justificada para variações do tipo salto e testada com sucesso através de simulações. Essa propriedade torna a abordagem adequada para resolver problemas de busca extremal. Uma aplicação à otimização não-derivativa ilustra a viabilidade prática do esquema de controle proposto.

This paper addresses the design of a sliding mode tracking controller for single-input-single-output (SISO) uncertain plants with relative degree one and unknown sign of the high frequency gain (HFG), i.e., with unknown control direction. We demonstrate that it is possible to achieve global exact tracking using only output-feedback by means of a periodic switching function and input-output filters based framework. One significant advantage of the new scheme is its robustness to time-varying control direction which has been theoretically justified for jump variations and successfully tested by simulation. Such property makes it adequate for solving extremum-seeking problems. A nonderivative optimizer application illustrates the practical viability of the proposed control scheme.

Um controlador por modos deslizantes baseado em realimentação de saída utilizando funções de monitoração foi recentemente introduzido para sistemas monovariáveis lineares incertos com direção de controle desconhecida. Aqui, uma generalização é desenvolvida para sistemas multivariáveis fortemente não-lineares. O esquema de monitoração é estendido para lidar com a incerteza da matriz de ganho de alta frequência da planta. Nossa estratégia garante propriedades globais de estabilidade e rastreamento exato de saída. Resultados experimentais com um sistema de servovisão robótica, utilizando uma câmera fixa mas não-calibrada, ilustram a robustez e a viabilidade prática do esquema proposto.

An output-feedback sliding mode controller using monitoring functions was recently introduced for linear uncertain single-input-single-output (SISO) systems with unknown control direction. Here, a generalization is developed for multivariable systems with strong nonlinearities. The monitoring scheme is extended to handle the uncertainty of the plant high frequency gain matrix. Our strategy provides global stability properties and exact output tracking. Experimental results with a robotics visual servoing system, using a fixed but uncalibrated camera, illustrate the robustness and practical viability of the proposed scheme.

Um controlador livre de peaking baseado em modos deslizantes e realimentação de saída é introduzido para o rastreamento de uma classe de sistemas não-lineares incerta utilizando observadores de alto ganho e o conceito de tempo de espera na ativação do sinal de controle. Estabilidade exponencial global (semi-global) e bom comportamento transitório são obtidos. Um esquema de monitoração é também proposto para lidar com o fenômeno de peaking do HGO induzido por perturbações de saída.

A peaking free output-feedback tracking sliding mode controller based on high-gain observers (HGO) and control activation dwell-time is introduced for a general class of uncertain single-input-single-output (SISO) nonlinear systems. Global or semi-global practical exponential stability with enlarged domains of attraction and significantly improved transient behavior are obtained. A monitoring scheme is also proposed to deal with HGO peaking induced by output exogenous disturbances.

Neste trabalho, propõe-se um controlador por modelo de referência e modo deslizante baseado em observador de alto ganho. Para plantas monovariáveis com grau relativo maior do que um, a lei de chaveamento é gerada utilizando-se o estado observado, enquanto que a função de modulação da lei de controle utiliza sinais gerados por filtros de estado. Mostra-se que este esquema possui estabilidade global e exponencial em relação a um conjunto residual arbitrariamente pequeno. Além disso, o sistema em malha fechada não apresenta o fenômeno de peaking que pode prejudicar o desempenho. Resultados experimentais ilustram o bom desempenho obtido pelo algoritmo em condições realistas.

A model-reference variable structure controller based on a high gain observer (HGO) is proposed and analyzed. For single-input-single-output plants with relative degree larger than one, the switching law is generated using the observed state while the modulation function in the control law is generated using signals from state variable filters. With this scheme, global exponential stability with respect to an arbitrarily small residual set is achieved. Moreover, the closed loop system shows no peaking phenomena which could degrade the performance. Experimental results illustrate the good performance obtained with the algorithm in actual conditions.

Neste trabalho, considera-se um sistema robótico servovisual usando câmera fixa e não-calibrada. Dois controladores adaptativos são propostos para rastrear visualmente um alvo em movimento na presença de incertezas nos parâmetros da câmera. A primeira estratégia adaptativa utiliza o método de Hierarquia de Controle para solucionar o problema de controle adaptativo multivariável. A segunda é baseada na simetrização via fatoração da matriz de controle. Os algoritmos adaptativos são robustos na medida em que apresentam reduzida sensibilidade à incertezas cinemáticas. Resultados experimentais com um manipulador em movimento planar ilustram a robustez e a viabilidade dos esquemas propostos.

In this work, a robotic visual servoing system using a fixed and uncalibrated camera is considered. Two adaptive controllers are proposed for visually tracking a moving target in the presence of camera parameters uncertainties. The first adaptive strategy uses the Hierarchy of Control method to solve the multivariable adaptive control problem. The second one is based on the symmetrization via factorization of the control matrix. The adaptive algorithms are robust in the sense that they present reduced sensitivity to kinematic uncertainties. Experimental results with a manipulator in a planar motion illustrate the robustness and viability of the proposed schemes.

Considera-se o problema de rastreamento de trajetórias para robôs manipuladores com parâmetros físicos incertos e sob a ação de distúrbios de amplitude limitada. Descreve-se um algoritmo de controle de modo dual adaptativo/robusto que garante desempenho transitório exponencial com relação a um domínio residual arbitrariamente pequeno e com atenuação arbitrária de distúrbios. Na ausência destes, o controlador mostra-se capaz de rastrear assintoticamente a trajetória desejada.

We consider the trajectory tracking problem for robot manipulators with unknown physical parameters and affected by bounded external disturbances. We present a non linear adaptive tracking controller by dual mode which guarantees exponential transient performance with respect to an arbitrary small residual set, resulting in arbitrary disturbance attenuation. If the disturbances vanish the controller achieves asymptotic tracking of the desired trajectory.