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Force control benchmarking of hydraulic and electrical actuation systems applied to robotics (2024)

  • Authors:
  • Autor USP: VERGAMINI, ELISA GAMPER - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SEM
  • DOI: 10.11606/D.18.2024.tde-11062024-113219
  • Subjects: BENCHMARKING; SISTEMAS HIDRÁULICOS; SISTEMAS ELÉTRICOS; ROBÓTICA; CONTROLE (TEORIA DE SISTEMAS E CONTROLE)
  • Keywords: Atuadores elétricos e hidráulicos; Controle de força; Interação física
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: A interação entre robôs e humanos em ambientes dinâmicos tem sido desafiadora para os projetistas. O controle desses eventos é feito a partir do controle da grandezas envolvidas, força e velocidade. Para tal, pode-se escolher controlar apenas a força ou, de maneira indireta, controlar a relação entre as duas variáveis a partir da impedância. Junto a esses aspectos, controladores vêm sendo estudados para robôs colaborativos, robôs com pernas e exoesqueletos, fazendo com que projetistas tenham dificuldade quanto a qual sistema de acionamento utilizar. Neste contexto, é conveniente oferecer uma comparação sistemática dos conjuntos controladores-atuadores, de modo a disponibilizar um guia que permita adequar a seleção desses elementos conforme a aplicação. Assim, o presente projeto de mestrado tem como objetivo realizar uma comparação sistemática em estabilidade e desempenho de controladores de força em atuadores elétricos e hidráulicos. Para atingir este objetivo, foi criada, construída e validada uma bancada experimental, junto com o desenvolvimento de uma metodologia de benchmarking que inclui uma série de métricas para avaliar desempenho, passividade e estabilidade dos sistemas desejados. A metodologia é aplicável a todos os tipos de atuadores e controladores. Sua abordagem permite o cálculo de métricas independente de cargas/ambientes. Ela foi implementada em três sistemas de atuação distintos: um motor DC, um motor elétrico linear (PMLSM) e um atuador hidráulico(servoválvula e cilindro). Vários controladores, incluindo diferentes variações de PIDs, compensação de velocidade de carga e observadores de distúrbios (DOB), foram testados para cada atuador. As métricas obtidas nos testes forneceram percepções sobre a influência de diferentes arquiteturas de controle no desempenho e estabilidade dos atuadores. Por exemplo, observou-se que o ganho derivativo afetou negativamente o motor elétrico linear, enquanto as compensações de velocidade de carga apresentaram mais melhorias para atuadores hidráulicos. Além disso, controladores lineares como o PID apresentaram desempenho inferior em sistemas com níveis mais elevados de não linearidades, como sistemas hidráulicos. Existem vantagens e desvantagens na utilização dos sistemas identificados na metodologia. Do lado positivo, estas funções de transferência permitem a inclusão de métricas que podem fornecer uma avaliação mais abrangente da estabilidade do sistema. Porém, é importante notar que essas métricas podem ser influenciadas por variáveis externas como atrito e incertezas nos dados experimentais usados nas identificações. Além disso, a utilização deste método possibilitou o cálculo mais rápido das métricas e a captura de informações importantes sobre o controle de força nos casos estudados
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 22.02.2024
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI

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    Status:
    Artigo publicado em periódico de acesso aberto (Gold Open Access)
    Versão do Documento:
    Versão publicada (Published version)
    Acessar versão aberta:

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    How to cite
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    • ABNT

      VERGAMINI, Elisa Gamper. Force control benchmarking of hydraulic and electrical actuation systems applied to robotics. 2024. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2024. Disponível em: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-11062024-113219/. Acesso em: 07 abr. 2026.

    • APA

      Vergamini, E. G. (2024). Force control benchmarking of hydraulic and electrical actuation systems applied to robotics (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-11062024-113219/

    • NLM

      Vergamini EG. Force control benchmarking of hydraulic and electrical actuation systems applied to robotics [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 07 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-11062024-113219/

    • Vancouver

      Vergamini EG. Force control benchmarking of hydraulic and electrical actuation systems applied to robotics [Internet]. 2024 ;[citado 2026 abr. 07 ] Available from: https://teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-11062024-113219/

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