Identification and control of an electric vehicle with electronic differential

Autor(es)

Alexandre Monteiro Ribeiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica
• Data de defesa: 2021-11-18

Membros da banca

André Ricardo Fioravanti; Marcelo Becker; Ubirajara Franco Moreno; Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira

• Orientador: Ely Carneiro de Paiva; Alexandra Bento Moutinho; André Ricardo Fioravanti

Resumo

No contexto de veículos terrestres, a perda de estabilidade pode ter implicações críticas de segurança. Desse fato, levantamos a necessidade de estudar a estabilidade do veículo para a execução de manobras de forma confiável e assegurada. O simples fato de determinar, em uma manobra em particular, se o veículo é estável não oferece um retrato abrangente de quão longe o sistema está do limite de estabilidade. Por outro lado, se conseguirmos determinar a região de atração em torno do ponto de equilíbrio do sistema, podemos estabelecer a direção e a dimensão dos distúrbios que farão o veículo cruzar para a região instável. Dentro desta linha de raciocínio, esta dissertação é focada na análise de estabilidade de veículos terrestres por meio da estimativa da região de atração (RoA). Essa região é definida pelo conjunto de condições iniciais para as quais as trajetórias do sistema convergem para o equilíbrio. Através das técnicas de programação de soma de quadrados (SOS), é possível buscar por funções de Lyapunov cujas curvas de níveis são aproximações internas, ou estimativas, da RoA. Esta abordagem, que resulta em um problema de otimização convexo, é explorada algoritmicamente, permitindo cobrir a análise de estabilidade do sistema e a síntese de controle. Uma discussão sobre as variáveis de decisão para obter estimativas mais representativas da RoA é fornecida. Para a análise de estabilidade local, apresenta-se o programa baseado em decomposições por SOS que estima a região de atração para sistemas polinomiais. As forças do pneu são aproximadas usando duas funções, polinomiais e racionais, e a dinâmica lateral de um modelo de veículo não linear é escrita como um conjunto de equações diferenciais ordinárias polinomiais. A RoA é então estimada para o veículo considerando-se diferentes condições iniciais. Assume-se velocidade constante em movimentos de curva e em linha reta. Para a síntese do controlador, apresenta-se o programa SOS que busca uma lei de controle polinomial de realimentação em espaço de estados com inclusão de restrições de saturação das entradas. O objetivo passa a ser o de não só estimar mas também expandir a RoA. Uma grande dificuldade neste projeto consiste nas generalizações SOS que assumem exclusivamente sistemas afins na entrada, aos quais o modelo do veículo não pertence. O problema é abordado usando a expansão de Taylor de primeira ordem. Uma discussão detalhada de tal aproximação é considerada. O controlador desenvolvido nesta dissertação é avaliado em uma plataforma de veículo em escala. Para mostrar que este veículo é de fato uma plataforma de teste válida e confiável, cuja dinâmica do movimento lateral é semelhante à de um veículo de tamanho real, é realizada uma caracterização completa. Com um alinhamento persistente entre as respostas teóricas e medidas, as análises baseadas em SOS são realizadas no protótipo. Resultados sistemáticos são obtidos. Os métodos baseados em otimização por SOS presentes nesta tese complementam as ferramentas de análise não linear e métodos de projeto existentes para o contexto de veículos terrestres (AU)

• Processo FAPESP: 18/05712-2 - Identificação e controle de um veículo elétrico robótico com diferencial eletrônico
• Beneficiário: Alexandre Monteiro Ribeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado