Técnicas robustas para el control automático de sistemas robóticos móviles

Abstract

Las aplicaciones de robótica móvil son afectadas por restricciones físicas, dinámicas y estructurales. En esta Tesis se busca mitigar sus efectos a través de bucles de control auxiliares y técnicas de sintonización robustas. Los primeros se proponen para mitigar efectos de restricciones físicas tanto a la entrada como a la salida de estos sistemas, modificando el parámetro de movimiento en aplicaciones de seguimiento de camino y evitación de obstáculos. Luego, controladores de tipo PID se consideran como una restricción estructural dado su amplio uso en robótica, particularmente en el control de bajo nivel. Considerando esta restricción, se propone una metodología de ajuste y análisis robusta. Finalmente, para lidiar con la robustez en presencia de dinámicas no-lineales, se propone una herramienta de análisis y diseño de controladores por modo deslizante. La particularidad de este método, basado en técnicas de optimización global y aritmética intervalar, es que permite generar mapas de las regiones de parámetros donde se cumplen las condiciones suficientes para la operación deseada a lazo cerrado. Todas las estrategias propuestas se ponen en práctica, a través de experimentación real o en simuladores validados, sobre el AUV Ciscrea disponible en ENSTA Bretagne.

This work seeks to mitigate the effects of constraints on mobile robotic systems. To this end, auxiliary control loops and robust tuning techniques are proposed. The former are proposed to mitigate the effects of constraints on the input and output of the systems through the modification of the motion parameter in path following applications. Then, PID controllers are considered as a structural constraint, given its wide use in robotics particularly at low control level. A robust tuning methodology considering this constraint is proposed which achieves good performance levels even when facing disturbances. Finally, to deal with robustness in presence of robots nonlinearity constraints, an analysis and tuning tool for sliding mode controllers is proposed. The particularity of this tuning method, based on global optimization and interval techniques, is that it allows generating tuning maps of the parameter regions where the desired performance criterion is fulfilled. All the proposed strategies are put into practice, through real experimentation or in validated simulators, over the AUV Ciscrea available at ENSTA Bretagne.