Sistemas de Control basados en Reset

  1. Antonio Barreiro 1
  2. Alfonso Baños 2
  1. 1 Universidade de Vigo
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    Universidade de Vigo

    Vigo, España

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  2. 2 Universidad de Murcia
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    Universidad de Murcia

    Murcia, España

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Revista:
Revista iberoamericana de automática e informática industrial ( RIAI )

ISSN: 1697-7920

Año de publicación: 2012

Volumen: 9

Número: 4

Páginas: 329-346

Tipo: Artículo

DOI: 10.1016/J.RIAI.2012.09.007 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openAcceso abierto editor

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Resumen

Un sistema de control basado en reset consta de un controlador lineal al que se ha incorporado un mecanismo de reseteo o reinicio a cero del estado. La puesta a cero del estado del controlador (o de alguna de sus coordenadas) se aplica sólo cuando se cumple cierta condición. La condición que activa o dispara el reseteo es normalmente el cruce por cero del error de seguimiento. La idea de control reseteado es antigua, se remonta al controlador de J.C. Clegg de 1958 y fue refundada en la década de los 70 por I. Horowitz, quien hizo hincapié en la capacidad de los sistemas reseteados para superar las limitaciones fundamentales que afectan a sistemas lineales con retardos o con polos o ceros en el semiplano derecho. Abandonada temporalmente, la idea fue retomada en la última década, recibiendo un nuevo impulso por parte de diferentes grupos de investigación que aportan avances en el análisis, diseño y aplicación experimental de sistemas reseteados. Este interés se enmarca en el resurgimiento actual de los sistemas híbridos: un sistema reseteado puede interpretarse como un caso particular de sistema híbrido que, a pesar de su simplicidad, permite aliviar las limitaciones fundamentales lineales. El objetivo de este trabajo es exponer, en forma de tutorial, el panorama actual en este campo. Primero se presenta una reseña histórica sobre las tres principales escuelas: la clásica, que condiciona el reseteo al cruce por cero del error; la ligada a sistemas impulsivos, donde el reseteo es de base temporal; y la enmarcada en sistemas híbridos, que usa una condición sectorial. A continuación se presenta un resumen de resultados sobre análisis (relación con limitaciones fundamentales, estabilidad) para concluir con una serie de propuestas de diseño orientadas al compensador reseteado PI+CI.

Referencias bibliográficas

  • Aangenent, W.H.T.M., G.Witvoet, W.P.M.H. Heemels, M.J.G. van de Molengraft, M. Steinbuch (2009), ”Performance analysis of reset control systems”, Int. Journal of Robust and Nonlinear Control, 20 (11), pp. 1213-1233.
  • Åström, K.J. (2000), ”Limitations on Control System Performace”, European Journal of Control, 6, pp.2-20.
  • Åström, K. J., H agglund, T. (2001), ”The future of PID control”, Control Engineering Practice, 9, 1163-1175.
  • Åström, K.J. and R.M.Murray (2008), Feedback systems. An introduction for scientists and engineers, Princeton University Press, Princeton, NJ.
  • Bainov, D. D., Simeonov (1989), Systems with impulse effect: stability, theory and applications, Ellis Horwood, Chichester.
  • Bakkeheim, J., Johansen, T. A., Smogeli, O. N., Sorensen, A. J. (2008), ”Lyapunov-based integrator resetting with application to marine thruster control”. IEEE Trans. on Control Systems Technology,16(5) 908-917.
  • Baños, A., A. Barreiro (2006), ”Delay-independent stability of reset control systems”, 32nd Annual Conference of IEEE Industrial Electronics Society, Paris, France.
  • Baños, A., A. Barreiro (2007), ”Delay dependent stability of reset control systems”, American Control Conference, New York, EE.UU.
  • Baños, A., A. Barreiro (2009), ”Delay-independent stability of reset systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 54 (2), 341-346.
  • Baños, A., A. Barreiro (2012), Reset control systems, Springer, Londres.
  • Baños, A., J. Carrasco, A. Barreiro (2007), Reset times-dependent stability of reset control system”, European Control Conference, Kos, Grecia.
  • Baños, A., J. Carrasco, A. Barreiro (2007), Reset times-dependent stability of reset control with unstable base systems”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vigo, España.
  • Baños, A., J, Carrasco, A. Barreiro (2011), Reset times-dependent stability of reset control systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 56(1), pp. 217-223.
  • Baños, A., S. Dormido, A. Barreiro (2009), ”Stability analysis of reset control systems with reset band”, 3rd IFAC Conference on Analysis and Design of Hybrid Systems, Zaragoza, España.
  • Baños, A., A. Barreiro, S. Dormido (2010), ”Limit cycles analysis in reset systems with reset band”, Nonlinear analysis:hybrid systems, doi:10.1016/j.nahs.2010.07.004.
  • Baños, A., J. I. Mulero (2012), On the well-posedness of reset control systems, Abstract and Applied Analysis.
  • Baños, A., A. Vidal (2007), ”Definition and tuning of PI +CI reset controller”, European Control Conference, Kos, Grecia.
  • Baños, A., A. Vidal (2007), ”Design of PC +CI reset compensators for second order plants”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Vigo, España.
  • Barreiro, A., A. Baños, (2010), ”Delay-dependent stability of reset systems”, Automatica, 46 (1), pp. 216-221.
  • Barreiro, A., A. Baños, S. Dormido(2011), Reset control systems with reset band: well-posedness and limit cycle analysis”, 19th Mediterranean Control Conference, 20-23 June 2011, Corfu, Greece.
  • Beker, O., (2001), Analysis of reset control systems, Ph. D. Thesis, University of Massachusetts Amherst.
  • Beker, O, C.V. Hollot, Y. Chait and H. Han, (2001). ”Plant with integrator: an example of reset control overcoming limitations of linear systems”. IEEE Trans. on Autom. Control, 46(11), pp. 1797-1799.
  • Beker, O, C.V. Hollot, Y. Chait and H. Han, (2004). ”Fundamental properties of reset control systems”. Automatica, 40, pp. 905-915.
  • Carrasco, J., A. Baños A. and A.J. van der Schaft, (2010) A passivity-based approach to reset control systems stabillity Systems and Control Letters, Vol. 59(1), pp.18-24.
  • Chait Y. and C. Hollot, (2002) On Horowitz’s contributions to reset control International Journal of Robust and Nonlinear Control, Vol. 12(4), 335-355.
  • Clegg, J.C. (1958), A nonlinear integrator for servomechanism, Transactions A.I.E.E.m, Part II, 77, pp. 41-42.
  • Fernández-Villaverde, A., A. Barreiro, J. Carrasco y A. Baños, Reset control for passive bilateral teleoperation”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(7), pp. 3037 - 3045.
  • Goebel, R., R. Sanfelice, and A.R. Teel (2009). ”Hybrid dynamical systems”. IEEE Control Systems Magazine.
  • Guo Y. Wang Y., Xie L., (2009), ”Frequency-domain properties of reset systems with application in hard-disk-drive systems”, IEEE Trans. on Control Systems Technology, 17(6) 1446-1453.
  • Guo Y., Wang Y., Xie L., and Zheng, J. (2009), ”Stability analysis and design of reset systems: Theory and an application”, Automatica, 45 (2), pp. 492-497.
  • Guo Y., W. Gui, Ch. Yang, L. Xie (2010), ”Stability analysis and design of reset control systems with discrete-time triggering conditions”, Automatica, 48, pp. 528-535.
  • Guo Y., Y. Wang y L. Xie (2010), Robust stability of reset control systems with uncertain output matrix”, doi:10.1016/j.automatica.2012.05.62.
  • Haddad, W.M., VS Chellaboina and S.G. Nersesov (2006), Impulsive and hybrid dynamical systems. Stability, dissipativity and control, Princeton University Press, Princeton NJ.
  • Horowitz, I. M. and P. Rosenbaum (1975), ”Nonlinear design for cost of feedback reduction in systems with large parameter uncertainty”, Int. Journal of Control, 24 (6), pp. 977-1001.
  • Krishnan, K.R, and Horowitz, I. M. (1974), ”Synthesis of a nonlinear feedback system with significant plant-ignorance for prescribed system tolerances”, International Journal of Control, 19 (4), pp. 689-706.
  • Lakshmikantham,V., D.D.Bainov and P.S.Simeonov (1989), Theory of impulsive differential equations, World Scientific, Singapore.
  • Loquen T., S. Tarbouriech, Ch. Prieur (2008), ”Stability of reset control systems with nonzero reference”, Proceedings of the 47th IEEE Conf. on Decision and Control, Cancun, Mexico.
  • Nesic D., L. Zaccarian and A.R. Teel (2008). ”Stability properties of reset systems”. Automatica, 44 (8), pp. 2019-2026.
  • Nesic D., A.R. Teel, L. Zaccarian (2011). ”Stability and performance of SISO control system with FORE”. IEEE TAC, 56(11) 2567-2582.
  • D. Paesa, A. Baños, C. Sagues. (2011) ’Optimal reset adaptive observer design, Systems and Control Letters, 60(10):877-883.
  • Paesa, D., C. Franco, S. Llorente, G. Lopez-Nicolas, C. Sagues (2012) Reset adaptive observer for a class of nonlinear systems”. IEEE Trans. on Autom. Control, 57(2),506-511.
  • Skogestad, S. (2003), ”Simple analytic rules for model reduction and PID controller tuning”, Journal of Process Control, 13 (4), pp. 291-309.
  • Smith, C. L., Corripio, A. B., Martin, J. (1975), C¸ ontroller tuning from simple process models”, Instrumentation Technology, 22 (12), pp. 39-44.
  • Tarbouriech,S., T.Loquen, C.Prieur (2011) .Anti-windup strategy for reset control systems”, Int. J. of Robust and Nonlinear Control, 21(10)1159-77.
  • Vidal, A., Baños, A., Moreno, J. C., Berenguel, M. (2008), ”PI +CI compensation with variable reset: application on solar collector fields”, 34th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, Orlando, Florida, EE.UU.
  • Vidal, A., Baños, A. (2008) ”QFT-based design fo PI +CI reset compensator: applications in process control”, 16th IEEE Mediterranean Conference on Control and Automation, Ajaccio, Francia.
  • Vidal, A., Baños, A. (2009), ”Stability of reset control systems with variable reset: application to PI+CI compensation”, European Control Conference, Budapest, Hungary.
  • Vidal, A., Baños, A. (2009), Reset compensation applied on industrial heat exchangers”, 14th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Mallorca, España.
  • Vidal, A., A. Baños (2010). Reset compensation for temperature control: experimental applications on heat exchangers. Chemical Engineering Journal, 159 (1-3), pp. 170-181.
  • Wu, D., Guo, G., Wang, Y. (2007), Reset Integral-Derivative Control for HDD servo systems”. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 15 (1), 161-167.
  • Yang, T., (2001), Impulsive Control Theory , Lecture Notes in Control and Information Sciences, 272. Springer, Berlin.
  • Zaccarian, L., D. Nesic, and A. R. Teel (2005), First order reset elements and ´ the Clegg integrator revisited Proc. American Control Conference, 1, 563- 568.
  • Zheng, Y., Chait, Y., Hollot, C. V., Steinbuch, M., Norg, M. (2000), ’Experimental demonstration of reset control design’. Control Eng. Practice 8(2) 113-120.
  • Zheng J., Y. Guo, M. Fu, Y. Wang, L. Xie (2007), Improved reset control design for a PZT positioning stage, Proceedings of the 16th IEEE Int. Conf. on Control Applications, Singapore.
  • Zheng, J., Guo, Y., Fu, M., Wang, Y., Xie, L. (2008), Development of an extended reset controller and its experimental demonstration, IET Control Theory and Applications, 2, 866-874.
  • Zheng, J. Fu, M., (2010), A reset state estimator using an accelerometer for enhanced motion control with sensor quantization IEEE Trans. on Control Systems Technology, 18(1) 79-90.
Fuente de los datos: Dialnet