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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2019.tde-05022019-153033
Document
Author
Full name
Guilherme Phillips Furtado
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2018
Supervisor
Committee
Cordero, Arturo Forner (President)
Angelico, Bruno Augusto
Duysens, Jacques Elisabeth Joseph
Title in English
Formulation of impedance control strategy as an optimal control problem.
Keywords in English
Impedance control
Optimal control
Quadratic programming
Redundant manipulators
Ricatti equations
Abstract in English
A formulation of impedance control for redundant manipulators is developed as a particular case of an optimal control problem. This formulation allows the planning and design of an impedance controller that benets from the stability and eficiency of an optimal controller. Moreover, to circumvent the high computational costs of computing an optimal controller, a sub-optimal feedback controller based on the state-dependent Ricatti equation (SDRE) approach is developed. This approach is then compared with the quadratic programming (QP) control formulation, commonly used to resolve redundancy of robotic manipulators. Numerical simulations of a redundant planar 4-DOF serial link manipulator show that the SDRE control formulation offers superior performance over the control strategy based QP, in terms of stability, performance and required control effort.
Title in Portuguese
Formulação da estratégia do controle de impedância como um problema de controle ótimo.
Keywords in Portuguese
Controle ótimo
Equações de Ricatti
Impedância elétrica (Controle)
Manipuladores redundantes
Programação quadrática
Abstract in Portuguese
Uma formulação do controle de impedância para manipuladores redundantes é desenvolvida como um caso particular de um problema de controle ótimo. Essa formulação permite o planejamento e projeto de um controlador de impedância que se beneficia da estabilidade e eficiência de um controlador ótimo. Para evitar lidar com os elevados custos computacionais de se computar um controlador ótimo, um controlador em malha fechada sub-ótimo, baseado na abordagem das equações de Ricatti dependentes de estado (SDRE), é desenvolvido. Essa abordagem é comparada com a formulação de um controlador baseado em programação quadrática (QP), usualmente utilizado para resolver problemas de redundância em manipuladores robóticos. Simulações numéricas de um manipulador serial plano de quatro graus de liberdade mostram que o controlador baseado em SDRE oferece performance superior em relação a um controlador baseado em programação quadrática, em termos de estabilidade, performance e esforço de controle requerido do atuador.
 
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Publishing Date
2019-02-12
 
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