Identificação de parâmetros e detecção de falhas aplicada a manipuladores espaciais - Adenilson Roberto da Silva (2001)
A identificação de parâmetros físicos é muito útil em muitas aplicações, especialmente na área aeroespacial e também na robótica. A análise de sistemas aeroespaciais e robôs normalmente requerem modelos matemáticos precisos os quais são utilizados pelo controle. Por outro lado, a identificação de parâmetros físicos, além dos requisitos normais de identificação (excitação do sistema, por exemplo), envolve tarefas adicionais, tais como modelagem matemática do sistema, seleção dos algoritmos de identificação, etc. Nesta tese, é mostrada uma detalhada modelagem matemática de uma junta robótica. Os modelos são mostrados numa ordem crescente de complexidade (o que significa, em teoria, que a representação matemática está mais próxima do sistema real), onde os típicos termos não-lineares da junta robótica foram considerados. Um novo procedimento para se selecionar trajetórias apropriadas (considerando o nível de excitação do sistema) baseada na decomposição em valores singulares da matriz de medidas é também apresentado. A tarefa de identificação foi realizada através da obtenção (ou melhora) e implementação de novos algoritmos. As estratégias e algoritmos mostraram bom desempenho em vários aspectos: precisão, confiabilidade e baixo esforço computacional. A fim de permitir a inclusão de termos não-lineares no vetor de parâmetros (na identificação recursiva), um novo algoritmo (TS - Algoritmo Duas Etapas) baseado numa versão modificada do algoritmo dos mínimos quadrados recursivos (mRLS) com um fator de esquecimento variável (variable forgetting factor) e no algoritmo Multi Level Coordinate Search (MCS) foi obtido. Os resultados mostraram que o algoritmo TS tem uma excelente performance na identificação dos parâmetros em ambos os casos: usando dados reais e simulados. Um procedimento integrado para detecção e isolamento de falhas (FDI) baseado na teoria de subespaço é também mostrado. O algoritmo MIMO Output Error State Space Model Identification (MOESP) foi usado para se obter um modelo matemático que serve como base para o algoritmo FDI. O algoritmo FDI mostrou elevada eficiência e confiabilidade na detecção e no isolamento das falhas em todos os casos simulados. Finalmente, os algoritmos TS e FDI foram integrados em um único ambiente a fim de simular uma situação onde o sistema a ser identificado é variante no tempo e vários sensores apresentam falhas. Os resultados indicam que parâmetros confiáveis podem ser obtidos mesmo no caso de múltiplas falhas. Todos os modelos e algoritmos obtidos foram testados utilizando-se dados coletados no experimento Intelligent Robotic Joint (IRJ) construído pelo Centro Espacial Alemão (DLR Oberpfaffenhofen).