Grupo de Control No Lineal Subproyecto 1: DPI2004-07670-C02-01 Grupo de Control No Lineal Universidad de Vigo Investigador Responsable: Antonio Barreiro Blas

OBJETIVOS Desarrollo de herramientas de análisis de estabilidad robusta (Lyapunov, pasividad,…) Orientadas a sistemas con retardos variables e incertidumbres Aplicaciones: Teleoperación y retardos debidos a redes de comunicación

RESULTADOS PRINCIPALES 1. Nuevos resultados sobre estabilidad de sistemas de control basados en “reset” 2. Análisis de estabilidad robusta de sistemas teleoperados mediante técnicas Lyapunov-Krasovskii y LMIs 3. Diseño e implementación de un sistema háptico de teleoperación de grúa basado en pasividad 4. Desarrollo de técnicas de estabilidad por Lyapunov de sistemas de control en red, con retardos y pérdidas

1. Reset Control Herramientas para estabilidad con retardos y reset Funcionales de Lyapunov-Krasovskii Lema Kalman-Yacubovich-Popov generalizado: (i) = (ii) A. Baños, A. Barreiro, “Delay-independent stability of reset systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 2007 (en revisión). Baños, A. Barreiro, “Delay independent stability of reset control systems”, Proceedings del IECON '06- 32nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, París 2006 Resultados sobre estabilidad independiente del retardo

1. Reset Control Estabilidad dependiente del retardo Interpretaciones basadas en positividad y en control impulsional A.Baños, A.Barreiro, “Delay-dependent stability of reset control systems”, ACC’07 Reseteo repetitivo. Sistema discreto equivalente Cotas para los intervalos de reset Inducción de oscilaciones en sistemas con retardo A.Baños, J. Carrasco, A. Barreiro, “Reset times-dependent stability of reset control for unstable base systems”, IEEE International Sympsium on Industrial Electronic, 2007 (aceptado). A.Baños, J. Carrasco, A. Barreiro, “Reset times-dependent stability of reset control systems”, European Control Conference, ECC 2007 (aceptado) Estabilidad dependiente de los instantes de reset

2. Estabilidad de sistemas de teleoperación Estabilidad de sistemas con retardos aplicada a sistemas de teleoperación: Modelado de diferentes arquitecturas de control (4C, 2C, modos V-V, F-F, F-V) en teleoperación como sistemas neutrales Estabilidad dependiente del retardo: análisis de Lyapunov-Krasovskii para sistemas lineales neutrales. Condiciones de estabilidad basadas en LMIs NDE: LKF: A.Barreiro, E. Delgado, “Stability of teleoperation systems by delay-dependent neutral LMI techniques”, IEEE IECON, París (2006) LMI:

2. Estabilidad de sistemas de teleoperación Estabilidad de sistemas de teleoperación con retardos variables mediante LMIs: Estudio del comportamiento del retardo variable en el tiempo, en Internet. Nueva interpretación de las cotas en la derivada del retardo Condiciones de estabilidad por funcionales de Lyapunov-Krasovskii Encapsulaciones (IQCs) de retardos variables Aplicación al sistema de teleoperación de grúa Valor nominal Desviación 0.05 0.005 0.116 0.055 0.2 0.5 0.04 1 0.035 2 0.02 E. Delgado, A.Barreiro, “Stability of teleoperation systems for time-varying delays by LMI techniques”, ECC’07, Kos, Greece (2007)

3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad Grúa: Sist. NoLineal, Multivariable, Subactuado Teleoperado: retardos de comunicación  causa de inestabilidad Enfoque adoptado: Control por PASIVIDAD Moldeo de Energía Gómez-Estérn, Barreiro, Aracil, Gordillo, “Robust generation of periodic oscillations in nonlinear systems”, Int. J. Robust and Nonlinear Control, vol.16, 863-890 (2006) Desarrollo controladores integrados en marco de pasividad: Controlador Local por Pasividad (IDA-PBC) *  Adaptación a línea comunic.: Intrinsically Passive Controllers (IPC´s) ** Corrección de deriva de Posición con Monitorización de Energía *** * Tratam. polar del swing. Moldeo potencial subactuado y cinético ** Interpret. Moldeo potencial actuado y disipacion *** Nuevas técnicas, modos grueso y fino, indexado pos., vel. Moldeo de Energía Inyección Disipación

3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad SCATTERING (Variables de Potencia  Variables de Onda): Hace pasiva la línea con retardos constantes Anderson & Spong (1989) Niemeyer & Slotine (1991) En Teleoperación Pasiva (envío fuerza/velocidad), los retardos pueden desestabilizar el sistema PERO: EN COMUNICACIÓN VÍA INTERNET … Retardos variables Llegada de datos desordenados Pérdida de paquetes de información Secchi, Stramigioli, Fantuzzi (2003) Berestesky, Chopra, Spong (2004) Clave: Gestión digital de la información para pasivar la comunicación Pasividad: Concepto intuitivo en variables de onda (≈ potencia) Diversos algoritmos propuestos A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Digital Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, IEEE Int.Symp.ISIE’07, Vigo,Spain, June 2007 A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, European Control Conference, ECC’07, Kos,Greece, July 2007

Entorno Visual  VR Toolbox 3. Sistema de teleoperación de grúa basado en pasividad PC MAESTRO: PC ESCLAVO: Comunicaciones  HandShake proSENSE VirtualTouch Toolbox (Network Option) Entorno Visual  VR Toolbox Simulink RTW+RTWT Comunicaciones S-functions Simulink Humusoft RTT Vídeo Realimentación Táctil Realimentación Visual Pantalla de Operador Ayudas al Operador: - Visuales: Entorno Virtual  Grúa y obstáculos * Estado de la planta (carga azul) * Posición deseada (carga magenta) Táctiles: Realimentación de Fuerza  A través del dispositivo háptico: * Enfatización de contactos F  k*F5 * Efectos Hápticos: Paredes Virtuales

4. Sistemas de Control en Red: retardos y pérdidas Influencia de retardos y pérdidas. Tiempo discreto Técnicas de análisis y diseño con Lyapunov y LMIs. Aplicación a controladores lineales y no lineales (fuzzy), estáticos (realimentación de estado) y dinámicos (PID). “Sistemas de control en red: análisis y diseño de controladores robustos en presencia de retardos y pérdidas”, Tesis doctoral, Universidad de Vigo, 2005, Autor: M. García Rivera, Director: A.Barreiro,

4. Sistemas de Control en Red: retardos y pérdidas Técnica de estabilidad para sistemas lineales en red: Pérdidas y/o retardos variables Sist. Discreto. Coef. Inciertos → Nº infinito LMIs Envoltura Convexa → Nº finito LMIs M. García Rivera, A.Barreiro, “Analysis of networked control systems with drops and variable delay”, Automatica, vol. 43, 2007

Resultados principales. Resumen Publicaciones Revistas: 4+1 Congresos: 16 Tesis Doctoral : 1 Aplicaciones/Transferencia técnológica: Centro Tecnológico de Automoción de Galicia (CTAG) Referencias más significativas - A. Baños, A. Barreiro, “Delay-independent stability of reset systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 2007 (en revisión). - A. Barreiro y A. Baños, “Input-output stability of systems with backlash”, Automatica, vol. 42, no. 6, pp. 1017-1024, 2006. - M. García Rivera, A.Barreiro, “Analysis of networked control systems wit drops and variable delay”, Automatica 2007. - E. Delgado, A.Barreiro, “Stability of Teleoperation systems with time-varying delays by LMI techniques”, European Control Conference, ECC’07, Kos,Greece, 2007 - A. Fernández, A.Barreiro, C. Raimúndez, “Digital Passive Teleoperation of a Gantry Crane”, IEEE Int. Symp. ISIE’07, Vigo, Spain, 2007.