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8/16/2019 InformeEjercicioN2
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Ejercicio N°2: Diseño de Observadores y
Controlador Adaptable
Rodrigo OrósticaDepartamento de Ingenierı́a Eléctrica
Universidad de ChileEL7017-Control Adaptativo de Sistemas
Email:[email protected]
I. INTRODUCCIÓN
El siguiente informe presenta los resultados del Ejercicio
N°1 del curso EL7017-Control Adaptativo de Sistemas, el
cual está enfocado en introducir al estudiante en conceptos y
aplicación de la teorı́a de control adaptativo.
La tarea esta dividida en 2 problemas que son tratados
de forma independiente en las siguientes 2 secciones. El
primero de ellos enfocado a analizar el comportamiento de
los controladores adaptativos directo, indirecto algebraico,
indirecto dinámico y combinado en una planta de primer orden
inestable, mientras que el segundo centra su problemática en
el diseño de un observador de estado de orden completo en
una planta estable.
Para finalizar, se concluye sobre la experiencia enfatizando
en el rendimiento de las diferentes clases de controladores
analizados y en la utilidad de disponer de un observador de
estado.
II. PROBLEMA 1
Para este problema se considera una planta de segundo
orden formulada en variables de estados, ecuación (??).
ẋ(t) =
0 1−2 −3
A
x(t) +
04
B
u(t); x(0) =
1−2
(1a)
y(t) =
1 0
C
x(t) (1b)
En lo que sigue se supone que los parámetros son
desconocidos y en base a ello se diseñan 2 observadores:
usando la realización mı́nima de L¨ uders-Narendra y la
no-mı́nima (Λ,). En ambos casos el análisis de la planta junto el observador se realiza mediante simulaciones frente a
diferentes tipos de entrada, condiciones iniciales y ganancias
adaptivas.
Es de utilidad conocer la función de transferencia de
la planta para conocer la equivalencia entre las distintas
representaciones. Esta viene dada en (??) y determinada con
(??).
G p(s) = 4
s2 + 3s + 2 (2)
II-A. Preliminares
En esta subsección se presentan las expresiones de ambas
realizaciones a utilizar en el diseño de observadores, además
se deduce para el caso particular de sistemas de segundoorden la relación entre la función de transferencia y las
formulaciones en variables de estado que permiten derivar
de forma directa las expresiones tanto para la realización de
L¨ uders-Narendra como (Λ,).
L¨ uders-Narendra: Usando la notación en [?] para el caso
de la realización mı́nima indicada en una planta de orden n,el sistema viene dado por la expresión (??).
ẋ p(t) =a | Ā
x p(t) + bu(t) (3a)
y p(t) = cx p(t) = x1(t) (3b)
con a = [a1 a2 . . . an]T ,b = [b1 b2 . . . bn]
T y cT = [1 0 . . . 0]vectores, y Ā una matriz de Rnx(n−1), que para la realizaciónde L¨ uders-Narendra toma la forma (??)
Ā =
1 1 . . . 1τ 2 0 . . . 0
0 τ 3...
.... . . 0
0 . . . 0 τ n
(4)
Para el caso n = 2 las expresiones previas (??) y (??) en
forma extendida se expresan como:
ẋ1(t)ẋ2(t)
=
a1 1a2 τ 2
x1(t)x2(t)
+
b1b2
u(t) (5a)
y p(t) =
1 0 x1(t)
x2(t)
(5b)
Entonces, la función de transferencia G(s) del sistemabajo esta representación se puede determinar mediante (??),
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revisar [?].
G(s)=C(sI− A)−1B (6a)
=
1 0 s − a1 −1
−a2 s − τ 2
−1
b1b2
(6b)
= 1
det(sI−A
) 1 0
s − τ 2 1
a2 s − a1 b1
b2 (6c)
= b1(s − τ 2) + b2
(s − a1)(s − τ 2) − a2(6d)
=b1 −
b2(s−τ 2)
(s − a1) − a2(s−τ 2)
(6e)
En la ecuación (??) se observa la función de transferencia
resultante donde τ 2 es una constante por fijar y menor quecero.
Si se escoge λ2 = −1 para la planta a analizar (??),al igualar la función de transferencia del sistema (??),
suponiendo parámetros conocidos, con la expresión de laformulación mı́nima de L¨ uders-Narendra (??), se tienen la
siguiente representación (??).
ẋ1(t)ẋ2(t)
=
−2 10 −1
x1(t)x2(t)
+
04
u(t) (7a)
y p(t) =
1 0 x1(t)
x2(t)
(7b)
(Λ ,): Para este caso las ecuaciones de la realizaciónno-mı́nima vienen dadas por (??), considerando un sistema
de orden n.
ẋ1(t)=−λx1(t) + θT ω(t) (8a)
ω̇1(t)=Λω1(t) + u(t) (8b)
ω̇2(t)=Λω2(t) + y p(t) (8c)
y p(t) =
1 0 . . . 0x(t)=x1(t) (8d)
donde θ ∈ R2n corresponde la vector de parámetros yω(t) ∈ R2n es el vector de información, los cuales estandefinidos por:
θ(t) =
c0 cT 1 d0 d
T T
(9)
ω(t) =
u(t) ωT 1 (t) x1(t) ωT 1 (t)
T (10)
además (Λ,) es un par controlable con Λ ∈ R(n−1)x(n−1) yasintóticamente estable. λ es una constante positiva.
Para el caso de un sistema de orden n = 2 la representaciónno mı́nima descrita tiene 3 variables de estado. A continuación
se reescriben las expresiones en (??) de forma matricial.
ẋ1(t)ω̇1(t)
ω̇2(t)
=
−λ + d0 c1 d10 Λ 0
0 Λ
x1(t)ω1(t)
ω2(t)
+
c0
0
u(t)(11a)
y(t) =
1 0 0
x1(t)ω1(t)ω2
(t)
(11b)
donde las constantes c0, c1, d0 y d1 son las que forman elvector de parámetros θ = [c0 c1 d0 d1]
T ∈ R4.Nótese ademásque Λ, , λ, ω1 y ω2 tienen dimensión 1.
Usando (??), la función de transferencia para la realización
no mı́nima (Λ,) toma la forma (??).
G(s) = c0s − c0Λ + c1
s2 + (λ − d0 − Λ)s − (λ − d0)Λ − d1 (12)
que igualando con la función de transferencia de la planta (??)
permite calcular los parámetros de la representación (Λ, ).
Nótese que en este punto se supone conocida la planta. Losvalores de Λ y son parámetros de diseño independientes dela planta y fijados como Λ = −1 y = 1.
Tabla IREPRESENTACIÓN (Λ,)
Cantidad Valor
c0 0
c1 4
d0 −1
d1 0
II-B. Realizaci´ on M ́ ınima L¨ uders-Narendra
Para la implementación de observador, la expresión en (??)
se re- escribe como:
ẋ p(t) =−k | Ā
x p(t) + gy p(t) + bu(t) (13a)
y p(t) = cx p(t) = x1(t) (13b)
con k = [k1 k2 ... kn]T , g = k +a. Los elementos del vector
k son parámetros de diseño de tal modo que se cumpla que
K = [|Ā] sea asintoticamente estable.
Con detalle en [?] se pueden encontrar las expresiones
para la implementacción de un observador de orden n, puesen lo que sigue se realizará la simplificación en la notación
para tratar especı́ficamente la planta (??) de orden 2.
Los parámetros desconocidos son g y b, ambos vectores de
largo 2. Luego, la estructura del observador viene dada por
la expresión ?? en la cual se adicionan dos señales auxiliares
v1(t) y v2(t) para asegurar que el error de estimación tienda
2
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a 0.
˙̂x1(t)˙̂x2(t)
˙̂x
=
−k1 1−k2 τ 2
K
x1(t)x2(t)
+
ĝ1ĝ2
ĝ
y p(t)
+
b̂1b̂2
b̂
u(t) + v1(t) + v2(t) (14a)
y p(t) =
1 0
C
x1(t)x2(t)
(14b)
Para cumplir con las hipótesis, en particular, la estabilidad
asintótica para la matriz K se escoge k = [2 0]T de modo talque si se conocen los parámetros de la planta, a = −k conlo que los elementos del vector g deberı́an ser nulos.
Las leyes de ajustes para los parámetros vienen dadas por
las expresiones en (??), donde además se incluyen ganancias
adaptivas.
˙̂g=−γ g (ŷ p(t) − y p(t)) e(t)
ω2(t) (15a)
˙̂b= −γ ge(t)ω
1(t) (15b)
(15c)
Las variables ω1 y ω2 corresponden a entradas filtradas de
u(t) y y p(t), respectivamente, como se puede observar en (??).
ω1= G(s)u(t) (16a)
ω2=G(s)y p(t) (16b)
(16c)
donde G(s) = [G1(s) G2(s)]T es un vector de funciones
de transferencia que para el problema en cuestión
tendrá dimensión 2 y se calcula mediante un vector
d = [1 d2]T que debe cumplir con la condición de que
CT (sI− K)d sea estrictamente real positiva (E.R.P).
Los elementos de G(s) vienen dados por:
G1(s)= s
s + d2(17a)
G1(s)=
1
s + d2 (17b)
Para la implementación en Simulink del observador mı́nimo
se considera d = [1 1] pues de este modo se cumple queel triplete {CT ,K, d} es E.R.P. Esto se corrobora realizandoun diagrama de Nyquist para la función de transferencia
CT (sI − K)d = s+2
s2+3s+2 , veáse Figura (??), en el cual
está contenido en el primer y cuarto cuadrante del plano
complejo [?].
−1 −0.5 0 0.5 1−0.5
−0.4
−0.3
−0.2
−0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Nyquist Diagram
Real Axis
I m a g i n a r y A x i s
s+2
s2+3s+2
Figura 1. Diagrama de Nyquist para CT (sI−K)d = s+2s+3s+2
La determinación de los vectores v1(t) y v1(t) se realizamediante las expresiones en (??).
vT 1 (t)=˙̂bT (t)[0 A2ω
1(t)] (18a)
vT 2 (t)=˙̂gT (t)[0 A2ω
1(t)] (18b)
donde A2 es una matriz de 2x2 que se forma con loselementos de d, ver (??).
A2=
0 −d20 1
=
0 −10 1
(19)
Con las consideraciones mencionadas en cuanto a diseño y
siguiendo un esquema similar al de la Figura (??) se realiza
la implementación del observador de L¨ uders-Narendra en
Simulink.
Figura 2. Esquema de observador bajo representación mı́nima
Con el modelo desarrollado, en las siguientes subsecciones
se analiza el comportamiento del diseño variando el tipo de
entradas, las condiciones iniciales y las ganancias adaptivas.
En la Tabla ?? se muestra un resumen de los parámetros de-
finidos por el diseñador, los cuales se mantienen fijos durante
las pruebas y aunque puede ser de analizar el comportamiento
bajo distintos valores, no se incluirá dicho análisis en el
presente documento.
II-B1. Influencia Tipo de Entradas: Tanto el modelo de
la planta como el observador diseñado se someten a diversas
entradas acotadas, entre las que se incluyen escalones y
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Tabla IIRESUMEN DE PARÁMETROS EN OBSERVADOR MÍNIMO)
Parámetros Valor
k
2
0
K
−2 1
0 −1
d1
1
G(s)
ss+11
s+1
A2
0 −1
0 1
g∗
0
0
b∗
0
4
sinusoides. Para estas simulaciones las ganancia adaptivas se
consideran unitarias y las condiciones iniciales iguales a 0.
En un análisis inicial se consideran diversos escalones con
amplitudes iguales a 5, 10 y 15, cuyo error de estimaciónes graficado en la Figura (??). A medida que aumenta la
magnitud de la entrada también lo hace el el tiempo de esta-
blecimiento, el número de sobre oscilaciones y el sobrepaso.
En la Tabla ?? se observa el rendimiento del observador para
las distintas amplitudes mediante el ı́ndice ISE concluyéndose
que el mejor es produce con u(t) = 10u(t).
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1u(t)=5
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1 u(t)=10
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1u(t)=15
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
Figura 3. Error de estimación para entradas tipo escalón A·u(t) considerandog0 = [0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ bg = [1 1]
Con respecto a los parámetros estimados, en la represen-
tación mı́nima se tienen un total de 4, descompuestos en 2
vectores de dimensión 2 denominados ĝ y b̂. En la Figura
(??) se tiene la evolución de estos para los distintos escalones,
y además en la Tabla ?? se tienen los valores al final de
la simulación. Como es de espera por el hecho de que las
referencias no son de excitación persistente, los parámetros
estimados no tienen a los calculados conociendo con exactitud
los parámetros de la planta.
0 5 10−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5u(t)=5
Tiempo[s]
V a l o r P a r á m e t r o s
0 5 10
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5u(t)=10
Tiempo[s]
V a l o r P a r á m e t r o s
g1(t)
g2(t)
b1(t)
b2(t)
0 5 10−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5u(t)=15
Tiempo[s]
V a l o r P a r á m e t r o s
Figura 4. Parámetros estimados en función del tiempo para entradas tipoescalón Au(t) considerando g0 = [0 0] y ganancias adaptivas unitarias
γ bg = [1 1]
Los resultados al aplicar señales sinusoidales de la forma
u(t) = sen(ωt) se observan en la Figura (??) para distintasfrecuencias. Junto con ello, en la Tabla ?? se indican
los valores de los parámetros estimados al termino de la
simulación y el valor para del ISE .
Tanto de la gráfica como de la Tabla ?? se concluye
que el mejor rendimiento del observador se obtiene para la
frecuencia ω = 1[rad/s]. Cuando esta es mayor el númerode oscilaciones crece demasiado lo que se ve reflejado en un
aumento significativo del ISE . Con respecto a los parámetros,
estos no tienen a los deseados.
0 20 40 60 80 100−1
0
1u(t)=10sen(0.1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 20 40 60 80 100−1
0
1u(t)=10sen(1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 20 40 60 80 100−2
0
2u(t)=10sen(10t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E
r r o r
Error
Figura 5. Error de control para entradas tipo sinusoidal 10 sen(ωt) conside-rando g0 = [0 0], b0 = [0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ gb = [1 1]
Finalmente se decide corroborar si las señales de excitación
persistente son capaces de reducir a cero el error paramétrico
4
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tal como se estudió en clases. Los resultados tanto para el
error de estimación como para la evolución de los parámetros
se observan en la Figura (??), considerando una entrada con
cuatro lineas espectrales (suma de 2 sinusoies de distinta
frecuencia). Como era de esperar, los parámetros estimados
tienen a los deseados por lo que el error paramétrico se reduce
a 0.
0 50 100 150 200 250 300−2
−1
0
1
2Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 100 200 300−1
0
1
2
3
4
5Parámetros
Tiempo[s]
P a r á m e t r o s E s t i m a d o s
g1(t)
g2(t)
0 100 200 300−1
0
1
2
3
4
5Parámetros
Tiempo[s]
P a r á m e t r o s E s t i m a d o s
b1(t)
b2(t)
Figura 6. Error y parámetros en función del tiempo para entrada de tipopersistente u(t) = 10 sen(3t) + 12 sen(2t) considerando g0 = [0 0], b0 =[0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ gb = [1 1]
Tabla IIIRESUMEN DE IS E Y VALOR DE PAR ÁMETROS PARA DISTINTAS ENTRADAS
Entrada ISE g b T[s]
- [0 0] [0 4] -
5u(t) 357 [0.6241 0.1212] [1.8113 0.6981] 100
10u(t) 240 [0.5783 0.1170] [1.9033 0.7060] 10015u(t) 308 [0.5519 0.1123] [1.9401 0.7315] 100
10 sen(0.1t) 1284 [1.0365 0.0189] [1.0899 0.8051] 1000
10 sen(1t) 360 [0.7327 0.7841] [1.5271 0.9870] 1000
10 sen(10t) 6890 [1.0105 0.1390] [0.0390 3.8880] 1000
1 5425 [≈ 0 ≈ 0] [≈ 0 ≈ 0] 500
II-B2. Influencia de Ganancias Adaptivas: La
representación mı́nima para la implementación dispone
de 2 leyes de ajuste vectoriales razón por la cual se
consideran solo 2 ganancias adaptivas las cuales deben tomar
valores positivos en todo momento.
Las ganancias se denominan γ g o γ b según multipliquen a˙̂g o
˙̂b, respectivamente. Las simulaciones se realizan variando
de manera independiente el valor de cada ganancia y para
efectos comparativos en la Tabla ?? se resumen los resultados
indicando las condiciones de la simulación y el ISE . En todos
los casos la entrada corresponde a un escalón de amplitud 10.
1Excitación Persistente 10 sen(3t) + 12 sen(2t)
Tabla IVRESUMEN DE I SE PARA VARIACIÓN DE GANANCIAS ADAPTIVAS.
u(t) = 10
Entrada ISE γ g γ b T[s]
10u(t) 240 1 1 100
10u(t) 175 5 1 100
10u(t) 155 10 1 100
10u(t) 393 1 5 100
10u(t) 421 1 10 100
Se desprende que la convergencia de la salida estimada
tiende con mayor rapidez a cero al aumentar la ganancia
correspondiente al parámetro estimado ĝ. Al variar γ b seobserva el comportamiento contrario. Las comparaciones se
realizan con respeecto al caso base [γ g γ b] = [0 0].
Dado que se las leyes de ajustes son vectoriales se podr ı́a
definir una ganancia para cada componente por lo que se
sugiere realizar simulaciones considerando 4 ganancias en
total.
II-B3. Influencia de Condiciones Iniciales C.I: Bajo la
representación mı́nima se tienen condiciones iniciales para
los parámetros a estimar,4 en total, y además 2 que derivan
de los estados estimados de la planta.
En el análisis efectuado solo se varı́an las condiciones ini-
ciales que se desprenden de las leyes de ajustes, manteniendo
fijas en cero las relacionadas con el estado estimado.
Tabla VRESUMEN DE I SE PARA DISTINTAS CONDICIONES INICIALES .
[γ g γ b] = [0 10]. u(t) = 10
Entrada ISE b̂ ĝ T[s]
10u(t) 421 [0 0] [0 0] 100
10u(t) 4888 [−10 0] [0 0] 100
10u(t) 5062 [10 0] [0 0] 100
10u(t) 351 [0 − 10] [0 0] 100
10u(t) 514 [0 10] [0 0] 100
10u(t) 494 [0 0] [−10 0] 100
10u(t) 461 [0 0] [10 0] 100
10u(t) 422 [0 0] [0 − 10] 100
10u(t) 433 [0 0] [0 10] 100
10u(t) 456 [0 0] [0 4] 100
En la Tabla ?? se indica el ISE para distintas simulaciones
con variadas condiciones iniciales. Por simplicidad se adopta
cambiar la C.I. de forma independiente y comparar con el
caso base correspondiente a todas las condiciones iniciales
nulas.
Los resultados indican que el observador tiene un
mejor rendimiento cuando las entradas son más próximas
5
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a los valores deseados de los parámetros. Además, el
comportamiento del observador es más sensible a las
variaciones de b̂0 que de ĝ0.
II-C. Realizaci´ on No-M ́ ınima (Λ ,)
Las ecuaciones para el observador de tipo serie-paralelo
vienen dadas por las expresiones en (??), donde las variables
ˆ corresponden a estimadores de los parámetros definidos enla sección precedente ??.
˙̂x1(t)=−λx̂1(t) + θ̂T (t)ω̂(t) (20a)
˙̂ω1(t)=Λω̂1(t) + u(t) (20b)˙̂ω2(t)=Λω̂2(t) + y p(t) (20c)
ŷ p(t) =x̂1(t) (20d)
El modelo de error considerando e(t) = ŷ p(t) − y p(t) es:
ė(t) = −λe(t) + φT (t)ω̂(t) + θT ω̃(t) (21)
donde φ(t) = θ̂(t) − θ y ω̃(t) = ω̂(t) − ω.
La ley de control considera el error y el vector de
información estimado ω̂(t), y se enuncia en (??).
˙̂θ = −e(t)ω̂(t) (22)
La implementación del observador se realiza a nivel de
simulación en Simulink, teniendo en cuenta las funciones
de transferencia que se generan entre salidas intermedias
correspondientes a los distintos elementos del vector de
información, véase ecuaciones (??). En la Figura (??) se
observa un esquema de la realización en la cual el valor del
vector de parámetros es calculado a partir de (??).
X̂ 1(s)=(s − λ)−1U (s) + (s − λ)−1θ̂T (s)Ω̂(s) (23a)
Ω̂1(s)=(sI− Λ)−1U (s) (23b)
Ω̂2(s)=(sI− Λ)−1Y p(s) (23c)
Ŷ p(s) = X̂ 1(s) (23d)
Figura 7. Esquema de implementación de observador en base a realizaciónno mı́nima
A continuación se muestran los resultados de múltiples
simulaciones para analizar el rendimiento del observador bajo
la influencia de distintas entradas, condiciones iniciales y
ganancias adaptivas. Los resultados se dan a conocer mediante
gráficos del error de control y de la evolución del vector
de parámetros, ası́ como mediante tablas que caracterizan el
rendimiento mediante el ı́ndice ISE .
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1u(t)=5
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1 u(t)=10
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−1
−0.8
−0.6
−0.4
−0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1u(t)=15
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
Figura 8. Error de estimación para entradas tipo escalón A·u(t) considerandoθ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
II-C1. Influencia Tipo de Entradas: Dado que lo común
en los problemas de control, especı́ficamente seguimiento,
es tener entradas acotadas se consideran solo escalones y
señales sinusoidales.
Se realizan simulaciones considerando escalones de distinta
amplitud para los cuales se gráfica el error de estimación y la
evolución de los parámetros de la representación (Λ,), véaseFiguras (??) y (??). Al aumentar la amplitud se observa que
aumenta el tiempo de estabilización, junto con la sobreoscila-
ción máxima y el número de oscilaciones.
0 5 10−0.5
0
0.5
1
1.5
2u(t)=5
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
0 5 10
−0.5
0
0.5
1
1.5
2u(t)=10
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
c0
c1
d0
d1
0 5 10−0.5
0
0.5
1
1.5
2u(t)=15
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
Figura 9. Parámetros estimados en función del tiempo para entradas tipoescalón Au(t) considerando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitariasγ = [1 1 1 1]
Con respecto a los parámetros de la representación, estos
no coinciden con los obtenidos e indicados en la Tabla ??
dado que la entrada no corresponde a una señal de excitación
6
-
8/16/2019 InformeEjercicioN2
7/13
persistente. En la Tabla ??, correspondiente a un resumen del
resultado de las simulaciones para distintas entradas, se indica
el rendimiento del observador para los distintos escalones
aplicados ası́ como el valor del vector de parámetros para el
instante en que el error de estimación ha alcanzado el valor
nulo.
El mejor resultado considerando solo la entrada tipo escalón
es para u(t) = 5. Para valores mayores el ISE aumenta.
0 20 40 60 80 100−1
0
1u(t)=10sen(0.1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 20 40 60 80 100−1
0
1u(t)=10sen(1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 20 40 60 80 100−2
0
2u(t)=10sen(10t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d
E r r o r
Error
Figura 10. Error de control para entradas tipo sinusoidal 10 sen(ωt) consi-derando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
Aplicando como entradas sinusoides de la forma
u(t) = A sen(ωt), de amplitud fija A = 10 y frecuenciavariable, se obtienen los resultados de la Figura (??). De arriba
a abajo, la frecuencia angular tiene los valores ω = 0.1, 1 y10[rad/s]. En la Tabla ?? se indica el rendimiento y el valorde los parámetros calculados por las leyes de ajuste.
Cuando el valor de la frecuencia es bajo como ocurre para
ω = 0.1[rad/s], gráfico superior de (??), cada vez que laseñal de entrada tiene cruces por cero se generan oscilaciones
para el error estimado, lo que es despreciable para mayores
frecuencias. A pesar de obtener mejores resultados en cuanto
a perturbaciones debidas a pasos por cero, valores muy
elevados de ω provocan sobreoscilaciones que aumentansignificativamente el valor del ISE . El mejor rendimiento del
observador se produce para ω = 10[rad/s].
En el caso anterior, obtenido al aplicar una entrada
sinusoidal con una única frecuencia, el valor de los
parámetros determinado con las leyes de ajuste no coincide
con el calculado bajo la suposición del conocimiento total
de la planta. La razón de ello es que la señal de entrada no
es de excitación persistente como ocurre cuando se suman 2
sinusoides de distinta frecuencia, situación observada en la
Figura (??). Es importante notar que cada frecuencia permite
reducir a cero el error paramétrico de 2 cantidades, y como
en este problema la dimensión del vector de parámetros es 4
basta excitar al sistema con la suma de 2 sinusoides de distinta
frecuencia. En el gráfico inferior de (??) se observa como los
parámetros tienden a los esperados al considerar una entrada
de excitación persistente igual a u(t) = 10 sen(3t)+12sen(2t)
0 50 100 150 200 250 300
−2
−1
0
1
2
Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 50 100 150 200 250 300−5
0
5Parámetros
Tiempo[s]
V a l o r p a r á m e t r o s
c0
c1
d0
d1
Figura 11. Error y ganancia en función del tiempo para entrada de tipopersistente u(t) = 10 sen(3t) + 12 sen(2t) considerando θ0 = [0 0 0 0] y
ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
Tabla VIRESUMEN DE I SE Y VALOR DE PAR ÁMETROS PARA DISTINTAS ENTRADAS
Entrada ISE c0 c1 d0 d1
- 0 4 −1 0
5u(t) 169 1.2619 0.1935 0.2571 0.0152
10u(t) 208 1.3093 0.2099 0.2269 0.0135
15u(t) 279 1.3253 0.2291 0.2106 0.0122
10 sen(0.1t) 698 0.9787 0.3510 0.5158 −0.1800
10 sen(1t) 298 1.2657 0.3177 0.4967 0.0571
10 sen(10t) 6720 0.0813 3.7521 1.1170 −0.0997
2 9000 −0.0022 4.0072 1.0037 0.0045
II-C2. Influencia de Ganancias Adaptivas: Para cada una
de las componentes de las leyes de ajustes se define una
ganancia adaptiva, la cual debe ser mayor que la unidad.
Tabla VIIRESUMEN DE I SE Y VALOR DE PAR ÁMETROS PARA DISTINTAS
COMBINACIONES DE GANANCIAS. T simulacion = 100[s]
Ganancia ISE c0 c1 d0 d1
[γ c0 γ c1 γ d0 γ d1 ] - 0 4 −1 0
[1 1 1 1] 208 1.2619 0.1935 0.2571 0.0152[10 1 1 1] 460 1.8054 0.0464 0.0599 0.0142
[1 10 1 1] 197 0.9703 0.8021 0.1148 ≈ 0
[1 1 10 1] 199 0.8149 0.0273 0.5950 −0.0160
[1 1 1 10] 207 1.2411 0.1763 0.1934 0.0979
Usando como caso comparativo la situación en que las
ganancias son unitarias, se aumenta cada una de ellas de
2Excitación Persistente 10 sen(3t) + 12 sen(2t)
7
-
8/16/2019 InformeEjercicioN2
8/13
manera independiente y los resultados , considerando una
entrada escalón de amplitud 10 y condiciones iniciales
nulas, se muestran en la Tabla ??. El mejor ISE se produce
cuando γ c1 aunque la mejora con respecto al caso decomparación no es significativa. Un análisis global muestra
que el comportamiento del observador no es muy sensible a
estas variaciones lo que posiblemente se debe a que la mitad
de los parámetros deseados son nulos.
En la Figura (??) se tiene el comportamiento transitorio del
error de estimación para las pruebas en las cuales se modifica
la ganancia. Las mayores sobreoscilaciones se presentan cuan-
do se modifica γ c0 que coincide con la situación con mayor ISE .
0 2 4 6 8 10−1
−0.5
0
0.5
1
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
γ =[1 1 1 1]
γ =[10 1 1 1]
γ =[1 10 1 1]
γ =[1 1 10 1]
γ =[1 1 1 10]
0 1 2 3−1
−0.5
0
0.5
1
γ =[10 1 1 1 ]
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
0 1 2 3−1
−0.5
0
0.5
1
γ =[1 10 1 1 ]
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
0 1 2 3−1
−0.5
0
0.5
1
γ =[1 1 10 1 ]
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
0 1 2 3−1
−0.5
0
0.5
1
γ =[1 1 1 10 ]
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Figura 12. Transiente del error de estimación al variar ganancias considerandoθ0 = [0 0 0 0]
II-C3. Influencia de Condiciones Iniciales C.I: Bajo larepresentación no-mı́nima se tienen un total de 4 condiciones
iniciales que derivan de la ley de ajuste vectorial.
En la Tabla ?? se muestra un resumen de la pruebas
realizadas en el simulador variando de manera independiente
cada una de ellas. De los datos se desprende que la influencia
de las condiciones iniciales esta mas bien relacionado con el
valor absoluto a los parámetros deseados que con el signo.
II-D. An´ alisis Comparativo de Observadores
En las secciones anteriores se estudio el comportamiento de
2 observadores, el de realización mı́nima de Lüders- Narendra
y el no-mı́nimo (Λ,).
Dado que la forma en que estan definidas las ganancias
adaptiva y las condiciones iniciales difieren entre uno y otro,
se opta por realizar las comparaciones en función de las
distintas entradas. Para ello se usa como ı́ndice el ISE en
simulaciones de igual duración.
Tabla VIIIRESUMEN DE I SE PARA DISTINTAS CONDICIONES INICIALES .G ANANCIAS
UNITARIAS. u(t) = 10
Entrada ISE CI [c0 c1 d0 d1] T[s]
10u(t) 208 [0 0 0 0] 100
10u(t) 5030 [−10 0 0 0] 100
10u(t) 5030 [10 0 0 0] 100
10u(t) 588 [0 − 10 0 0] 100
10u(t) 588 [0 10 0 0] 100
10u(t) 798 [0 0 − 10 0] 100
10u(t) 798 [0 0 10 0] 100
10u(t) 264 [0 0 0 − 10] 100
10u(t) 268 [0 0 0 10] 100
Los resultados se entregan en las Tablas ?? y ??,
desprendiendose que para las entradas de tipo escalón y
sinusoidal aplicadas el observador no-mı́nimo presenta
menores ISE . En cuanto a la entrada de excitación
persistente, es el observador basado en la representación de
Lüders-Narendra el que presenta un mejor rendimiento.
En cuanto a la implementación en Simulink, en lo personal,
fue más sencillo implementar el segundo al no requerir definir
señales auxiliares.
III. PROBLEMA 2
Se pide considerar la planta inestable y desconocida de
segundo orden, ecuación (??).
ÿ p(t) − ẏ p(t) − 2y p(t) = u̇(t) + 2u(t) (24)
y p(0) = 0.5; ẏ p(0) = 0; u(0) = 0
y el modelo de referencia asintoticamente estable:
ÿm(t) + 5 ˙ym(t) + 6ym(t) = u̇(t) + 2u(t) (25)
ym(0) = 0; ẏm(0) = 0; u(0) = 0
Se solicita diseñar un controlador adaptable directo que
permita:
ĺımt→∞
(y p(t) − ym(t)) = 0
y estudiar la influencia de las condiciones iniciales, ganancias
adaptivas, tipo de referencia, perturbaciones externas,
variación de parámetros entre otros aspectos.
III-A. Preliminares
En la presente sección se muestran los resultados
correspondiente al control adaptivo por referencia a modelo
(CARM) de plantas de grado relativo unitario utilizando la
notación de los apuntes [?]. Se indican resultados en forma
genera para luego aplicarlos al problema en particular con la
planta dada por (??) y el modelo (??).
8
-
8/16/2019 InformeEjercicioN2
9/13
Para una planta de orden n y modelo de referenciadel mismo orden, es posible describir sus funciones de
transferencia mediante polinomios en el numerador y
denominador como se indica en (??) y (??).
Para la planta:
W p(s) = k pZ p(s)
R p(s)
(26)
y el modelo:
W m(s) = kmZ m(s)
Rm(s) (27)
donde k p, km son las ganancia de alta frecuencia; Z p y Z m,polinomios mónicos, Hurwitz, de grado n − 1 y R p, Rm lospolinomios para el denominador, ambos mónicos y de grado n.
La deducción de las expresiones para el control, ver [?],
lleva a una serie de igualdades polinomiales para las cuales
se considera una representación de la planta en la forma
no-mı́nima (Λ,) que permite calcular las ganancias deseadaspara el control. Por conveniencia en el desarrollo se escoge
Λ(s) = Z m(s), donde Λ(s) = det(sI − Λ), resultando lasexpresiones en (??).
k∗= k pkm
(28a)
θ∗1(aI − Λ)−1=
Z m(s) − Z p(s)
Z m(s) (28b)
R p(s) − Rm(s)
k pZ m(s) =(θ∗0 + θ
∗T 2 (sI − Λ)
−1 (28c)
donde θ∗T = [k∗ θ∗T 1 θ∗0 θ∗T 2 ] es el vector de parámetrosdeseados del controlador. En la Figura (??) se muestra un
esquema donde es posible apreciar las ganancias mencionadas
que en generar son variantes en el tiempo dados que los
parámetros de la planta son desconocidos.
Figura 13. Esquema de control directo para planta con grado relativo n∗ = 1
En esta actividad, el control por modelo de referencia se
realiza sobre la planta de segundo orden y de grado relativo
n∗ = 1 descrita previamente, la cual además cumple todaslas hipótesis necesarias. Las funciones de transferencia tanto
de la planta como del modelo se indican en ??:
W p(s) =
Z p(s) s + 2
s2 − s − 2 Rp
(29a)
W m(s)=
Z m(s) s + 4
s2 + 5s + 6 Rm
(29b)
y de ellas se desprenden equivalencias directas entre los
distintos parámetros definidos en (??), concluyéndose
que el vector de parámetros deseados ası́ como los de la
representación no-mı́nima vienen dados por los valores de
la Tabla ??. El cálculo se realiza reemplazando en (??) las
expresiones para el problema de segundo orden obteniéndose
las igualdades (??).
k∗= k pkm
⇒ k∗ = 1 (30a)
θ∗1=Z m(s) − Z p(s)
⇒ θ∗1=(s + 4) − (s + 2) (30b)
Rm(s)=R p(s) − k p(θ∗
2 + θ∗
0Z m(s))
⇒ (s2 + 5s + 6)=(s2 − s − 2) + 1(θ∗2 + θ∗
0(s + 2))(30c)
Tabla IXPAR ÁMETROS DE DISEÑO
Cantidad Valor
Λ −4
1
k∗ 1
θ1 2
θ0 −6
θ2 16
Dado el orden de la planta en cuestión Λ, ası́ como lascomponentes del vector de parámetros son escalares. Estos
datos serán usados en el diseño (Λ,) y a nálisis con finescomparativos.
III-B. Dise˜ no, An´ alisis y Conclusiones
El diseño del control directo para la planta en estudio, se
realiza en base a los valores de Λ y determinados en lasección previa, utilizando para el cálculo de los parámetros
las leyes de ajustes indicadas en (??), a las cuales se les
incluye una ganancia adaptiva que se puede modificar
9
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8/16/2019 InformeEjercicioN2
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independientemente para cada componente.
φ̇(t) = −sgn(k p)[γ k γ θ1 γ θ0 γ θ2 ] ·
k(t)θ1(t)θ0(t)θ2(t)
(31)
A continuación se muestra el resultado y análisis
para distintas pruebas realizadas a nivel de simulación
considerando la influencia de efectos variados los cualesse modifican de manera independiente para facilitar el análisis.
III-B1. Influencia del Tipo de Referencia: En esta sección
se presenta lo que ocurre con la planta dadas diferentes
referencias. Dado que las señales deben ser acotadas para
cumplir el objetivo de control 3 se escogen como entradas
escalones de distinta magnitud y sinusoidales de amplitud y
frecuencia variada. Con el objetivo de verificar lo que ocurre
en el caso de excitación persistente, también se incluye una
entrada correspondiente a la suma de 2 sinusoidales de distinta
frecuencias.
0 5 10−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Escalon u(t)=5
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Escalon u(t)=10
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 5 10−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Escalon u(t)=15
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
Figura 14. Error de control para entradas tipo escalón A·u(t−1) considerandoθ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
En todas las simulaciones, dada la condición inicial
impuesta en el enunciado, la referencia en el tiempo inicial
debe ser nula por lo que al aplicar los escalones estos
cambian su magnitud en el instante t = 1 y en el caso delas señales sinusoidales se aplica la función seno (sen(0) = 0).
En la Figura (??) y (??) se observa el comportamiento del
error de control y el vector de parámetros en función deltiempo, para entradas correspondientes a escalones de distinta
amplitud4. En estas simulaciones los valores iniciales para los
parámetros son nulos y las ganancias adaptivas unitarias.
En cuanto al error de control como es de esperar dado que
en todos los casos se tiene el mismo comportamiento inicial,
3Revisar esta explicación4 en cada figura, de izquierda a derecha, se tiene A = 5, A = 10 y A = 15
0 5 10−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=5
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
0 5 10
−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=10
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
k
θ1
θ0
θ2
0 5 10−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=15
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
Figura 15. Ganancias en función del tiempo para entradas tipo escalón Au(t−1) considerando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
la evolución de este hasta el primer segundo coincide. Con
respecto al tiempo de estabilización los 3 casos muestran
valores similares, aunque no ocurre lo mismo para la máxima
sobreosciliación la cual disminuye con la amplitud de lareferencia. Además es posible notar que el número de
oscilaciones dado un tiempo fijo aumenta significativamente
junto con la amplitud. En la Tabla ?? se observan los
rendimientos para las distintas pruebas obtenidas al variar
el tipo de entrada aśı como sus caracteŕısticas, entre las
que se incluyen las relativas al variar la amplitud de los
escalones. En este caso la mejor performance se produce
cuando u(t) = 15 a pesar del gran número de oscilaciones,las cuales se ven compensadas por la menor sobreoscilación.
Con respecto a los parámetros del controlador mostrados
en la Figura (??) se tiene que estos tienden, en un tiempo
próximo al de estabilización, a una constante para las distintas
amplitudes simuladas, aunque en todos los casos estas son
diferentes a los parámetros óptimos, los cuales también son
incluidos en el mismo gráfico. Esto permite concluir que los
escalones no son señales del tipo de excitación persistente.
Cuando se consideran referencias sinusoidales con amplitud
constante y distintas frecuencias manteniendo fijas las ganan-
cias adaptivas en 1 y condiciones iniciales en 0, el sistema
se comporta como se muestra en la Figura (??) y (??). En
las Figuras, de izquierda a derecha se aplican frecuencias de
ω = 0.1[rad/s], ω = 1[rad/s] y ω = 10[rad/s], y se observaque para las 2 mayores en un tiempo de simulación mayor
al observado en las gráficos el error de control tiende a 0, en
cambio, para la menor frecuencia se observan perturbaciones
cuando existen cruces por cero en la señal de referencia. Con
respecto al error paramétrico este no se hace nulo para este
tipo de entrada.
Si se considera una referencia correspondiente a la suma de
2 señales sinusoidales de distinta frecuencia, se tiene que los
parámetros tienden a los deseados como se puede observar
10
-
8/16/2019 InformeEjercicioN2
11/13
0 50−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Sinusoide u(t)=10 sen(0.1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 10 20−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Sinusoide u(t)=10sen(1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 10 20−2.5
−2
−1.5
−1
−0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5Sinusoide u(t)=10sin(10t)
Tiempo[s]
V a l o r G a n a n c i a s
Error
Figura 16. Error de control para entradas tipo sinusoidal 10 cos(ωt) consi-derando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
0 50−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=10sin(0.1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
0 10 20
−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=10sin(1t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
k
θ1
θ0
θ2
0 10 20−7
−6
−5
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4Ganancias u(t)=10sin(10t)
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Figura 17. Ganancias en función del tiempo para entradas tipo sinusoidal10 cos(ωt) considerando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivas unitariasγ = [1 1 1 1]
en la Figura (??). En este caso la referencia excita la planta
de modo que es posible la identificación de los parámetros
de modo tal que el error paramétrico se anule. En este caso
como son 4 los parámetros estimados se necesitan por lo
menos 2 sinusoides.
La Tabla ?? muestra un resumen de los rendimientos para
las distintas referencias
Tabla XRESUMEN DE I SE PARA DISTINTAS ENTRADAS
Entrada ISE T[s]
5u(t) 5209 100
10u(t) 3573 100
15u(t) 3267 100
10 sen(0.1t) 64053 100
10 sen(1t) 4315 100
10 sen(10t) 5041 100
5 5425 500
0 500 1000 1500
−2
−1
0
1
2
Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 500 1000 1500
−5
0
5
1015
20Ganancias
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
k
θ1
θ0
θ2
Figura 18. Error y ganancia en función del tiempo para entrada de tipopersistente u(t) = 10 sen(1t) + 10 sen(5t) considerando θ0 = [0 0 0 0] yganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
III-B2. Influencia de Ganancias Adaptivas: Para cada una
de las componentes de las leyes de ajustes se define una
ganancia adaptiva, la cual debe ser mayor que la unidad.
0 5 10 15 20 25 30
−2
−1
0
1
2
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
γ =[1 1 1 1]
γ =[10 1 1 1]
γ =[1 10 1 1]
γ =[1 1 10 1]
γ =[1 1 1 10]
0 5 10
−2
−1
0
1
2
γ =[10 1 1 1 ]
Tiempo[s]
A m
p l i t u d E r r o r
0 5 10
−2
−1
0
1
2
γ =[1 10 1 1 ]
Tiempo[s]
A m
p l i t u d E r r o r
0 5 10
−2
−1
0
1
2
γ =[1 1 10 1 ]
Tiempo[s]
A m
p l i t u d E r r o r
0 5 10
−2
−1
0
1
2
γ =[1 1 1 10 ]
Tiempo[s]
A m
p l i t u d E r r o r
Figura 19. Transiente del error de estimación al variar ganancias considerandoθ0 = [0 0 0 0]
Usando como caso comparativo la situación en que las
ganancias son unitarias, se aumenta cada una de ellas de
manera independiente y los resultados , considerando una
entrada escalón de amplitud 10 y condiciones iniciales
nulas, se muestran en la Figura ??. De ella de tiene el
comportamiento transitorio del error de estimación para las
pruebas en las cuales se modifica la ganancia. En generalel comportamiento mejora en cuanto a la sobreoscilación
máxima y al tiempo de establecimiento en todos los casos,
obteniendo se los mejores resultados para γ = [1 1 10 1].
III-B3. Influencia de Condiciones Iniciales C.I.: Las con-
diciones iniciales derivan de la ley de ajuste de los parámetros
de estimación. Son cuatro en total y su análisis se realiza en
5Excitación Persistente 10 sen(3t) + 12 sen(2t)
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base al caso nominal (condiciones nulas) variando cada una de
ellas de forma independiente. Además se considera la situación
de cuando dichos valores coinciden con el esperado de los
parámetros.
Tabla XIRESUMEN DE IS E PARA DISTINTAS CONDICIONES INICIALES . GANANCIAS
UNITARIAS.
Entrada ISE [k θ1 θ0 θ2] T[s]
5u(t) 4134 [10 0 0 0] 100
5u(t) 5975 [−10 0 0 0] 100
5u(t) 1473 [0 10 0 0] 100
5u(t) 5101 [0 − 10 0 0] 100
5u(t) 2695 [0 0 10 0] 100
5u(t) 474 [0 0 − 10 0] 100
5u(t) 6741 [0 0 0 10] 100
5u(t) 4445 [0 0 0 − 10] 100
5u(t) 308 [1 2 − 6 16] 100
En la Tabla ?? se muestra el ISE para distintas realizaciones,
donde como es de esperar los mejores resultados se obtienen
a medida que las condiciones iniciales están más próximas a
los valores esperados de los parámetros, en particular para el
caso en que son idénticas donde el ISE = 308.
III-B4. Influencia de Variaci´ on Param´ etrica: Usando
el bloque Assertion de Simulink se varian los parámetros
de la planta (se duplican) durante la simulación al aplicar
distintos tipos de entradas: escalón, sinusoide y de excitación
persistente.
En las Figuras (??) ,(??) y (??) se grafica el error
permanente y la evolución de los parámetros para elcontrol adaptativo en cuestión para los 3 tipos de referencia
mencionadas.
0 20 40 60 80 100
−2
−1
0
1
2
Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
0 20 40 60 80 100
−5
0
5
10
15
20Parámetros
Tiempo[s]
V a l o r p a r á m e t r o s
Error
k
θ1
θ0
θ2
Figura 20. Error y parámetros estimados en función del tiempo para entradade tipo u(t) = 1 0 considerando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivasunitarias γ = [1 1 1 1]
Cuando se aplica un escalón, la variación de parámetros
en medio de la simulación no afecta el error de control
ası́ como la evolución de los parámetros. Mas que no afectar
en realidad no se notan los efectos de esta variación.
0 20 40 60 80 100
−2
−1
0
1
2
Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 20 40 60 80 100
−5
0
5
10
15
20Parámetros
Tiempo[s]
V a l o r p a r á m e t r o s
k
θ1
θ0
θ2
Figura 21. Error y parámetros estimados en función del tiempo para entradade tipo u(t) = 10 sen(1t) considerando θ0 = [0 0 0 0] y ganancias adaptivasunitarias γ = [1 1 1 1]
Al aplicar una sinusoide, se aprecia que en el instante de
cambio el error de control se ve perturbado y de manera similarocurre con los parámetros estimados. A pesar de ello, el error
vuelve a tender a 0 como lo asegura el diseño del control
adaptativo al seguir cumpliéndose las mismas hipótesis entre
ellas el grado relativo de la planta y el signo de la ganancia
de alta frecuencia.
0 2000 4000 6000 8000 10000
−2
−1
0
1
2
Error de control
Tiempo[s]
A m p l i t u d E r r o r
Error
0 2000 4000 6000 8000 10000
−5
0
5
10
15
20Parámetros
Tiempo[s]
V a l o r p a r á m e t r o s
k
θ1
θ0
θ2
Figura 22. Error y parámetros estimados en función del tiempo para entradade tipo u(t) = 10sen(5t) + 10 sen(1t) considerando θ0 = [0 0 0 0] yganancias adaptivas unitarias γ = [1 1 1 1]
Cuando se tiene una referencia correspondiente a una
señal de excitación persistente, veáse Figura (??), se
puede hacer un análisis similar al previo, o sea, a pesar
de la perturbación el error de control vuelve a ser nulo.
En este caso también se debe enfatizar en el hecho de
que posterior al cambio paramétrico de la planta el valor
alcanzado por los parámetros estimados no es el deseado
debido que estos últimos se calcularon en base a otros valores.
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REFERENCIAS
[1] M.Duarte, 5.0 Observadores Adaptativos, Universidad de Chile, Depar-tamento de Ingenierı́a Eléctrica.
[2] S. Sastry, Nonlinear Systems: Analysis, Stability and Control. Springer-Verlag, New York, 1999, p. 241
[3] J. Espinoza. Apuntes Sistemas de Control, Universidad de Concepción,Departamento de Ingenierı́a Eléctrica
[4] M. Duarte 6.0 Control Adaptativo por Referencia a Modelo (CARM)de Plantas de Grado Relativo Unitario, Universidad de Chile, Departa-mento de Ingenierı́a Eléctrica.
[5] K. S. Narendra and A. M. Annaswamy. 1989. Stable Adaptive Systems.Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ, USA.
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