ANÁLISE COMPARATIVA DE ESTRATÉGIAS DE CONTROLE POR REJEIÇÃO ATIVA DE DISTÚRBIOS NA ESTABILIZAÇÃO DE UM MECANISMO BALL-AND-WHEEL

Abstract

This work discusses the application of the Active Disturbance Rejection Control (ADRC) method to a nonlinear ball-and-wheel system. The proposed methodology is characterized primarily by the use of an Extended State Observer (ESO) to estimate the non-measurable variables of the plant. However, the implementation of the standard ADRC methodology requires knowledge of the exact control gain value, which is difficult to determine in the presence of parametric uncertainties. Two strategies derived from the conventional method are presented, namely MP-ADRC and Variant ADRC, which are designed to provide greater flexibility regarding the control gain value. Thus, the application of these two methods to the ball-and-wheel system is demonstrated, and a hybrid strategy combining both approaches is proposed. Control performance indices of the proposed methods are evaluated, and comparative analyses are conducted through computational simulations in the MATLAB/Simulink environment. Finally, experimental results obtained from data collected using a laboratory prototype are discussed.

Neste trabalho é discutida a aplicação do método de Controle com Rejeição Ativa de Distúrbios, Active Disturbance Rejection Control (ADRC), em um sistema não linear ball-and-wheel. O método proposto possui como principal característica o uso de um Observador de Estado Estendido, Extended State Observer (ESO), para estimar as variáveis não mensuráveis da planta. Contudo, a aplicação da metodologia ADRC padrão necessita conhecer o valor exato do ganho de controle do sistema, que é difícil de mensurar em casos de incertezas paramétricas. Serão apresentadas duas estratégias derivadas do método convencional, conhecidas como MP-ADRC e ADRC Variante, as quais possuem como proposta principal serem mais flexíveis ao valor do ganho de controle. Deste modo, serão demonstradas aplicações desses dois métodos no sistema ball-and-wheel e proposta uma estratégia híbrida que combina ambas as abordagens. Serão avaliados índices de performance de controle dos métodos propostos e realizadas comparações entre eles por meio de simulações realizadas no ambiente computacional Simulink do software MATLAB. Por fim, resultados experimentais serão discutidos através de dados coletados em um protótipo desenvolvido em laboratório.