Discrete-time inverse optimal control for a reaction wheel pendulum: a passivity-based control approach

Abstract

Este documento presenta el diseño de un controlador para el péndulo con rueda de reacción usando una representación discreta a través de la técnica de control óptimo inverso desde el punto de vista de análisis basado en pasividad. La principal ventaja del controlador propuesto es que este permite garantizar estabilidad asintótica en el sentido de Lyapunov a través de una función cuadrática. Los resultados numéricos demuestran que el diseño de control óptimo inverso tiene in desempeño superior en comparación con enfoques continuos basados en Lyapunov y control basado en pasividad por inyección de interconexión y amortiguamiento. Una ventaja adicional del método de control óptimo inverso es su fácil implementación, ya que no requiere de la inclusión de estados adicionales (acciones integrales) y sólo requiere una discretización básica empleado un único paso hacia atrás. Todas las simulaciones presentadas en este trabajo han sido implementadas en el software MATLAB/OCTAVE empleando código en la ventana de desarrollo.

In this paper it is presented the design of a controller for a reaction wheel pendulum using a discrete-time representation via optimal control from the point of view of passivity-based control analysis. The main advantage of the proposed approach is that it allows to guarantee asymptotic stability convergence using a quadratic candidate Lyapunov function. Numerical simulations show that the proposed inverse optimal control design permits to reach superior numerical performance reported by continuous approaches such as Lyapunov control functions and interconnection, and damping assignment passivity-based controllers. An additional advantage of the proposed inverse optimal control method is its easy implementation since it does not employ additional states. It is only required a basic discretization of the time-domain dynamical model based on the backward representation. All the simulations are carried out in MATLAB/OCTAVE software using a codification on the script environment.