Formation control and trajectory tracking of mobile robotic systems – a Linear Algebra approach

Rosales, Andrés; Scaglia, Gustavo; Mut, Vicente; Sciascio, Fernando di

doi:10.1017/s0263574710000068

Cited by 37 publications

(40 citation statements)

References 32 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Para alcanzar este objetivo, el caudal de alimentaciónues la única variable de control disponible. La técnica de diseño que se presenta ha sido aplica con éxito en varios sistemas [14][15][16][17][18][19]. En un trabajo reciente, también ha sido aplicada a un sistema de ecuaciones diferenciales de segundo orden [20].…”

Section: A Definición Del Problemaunclassified

See 2 more Smart Citations

Control of a Fed-Batch Fermenter Based on a Linear Algebra Strategy

Rómoli¹,

Scaglia²,

Serrano³

et al. 2014

IEEE Latin Am. Trans.

View full text Add to dashboard Cite

Based on a linear algebra approach, this paper aims at developing a novel control law able to track reference profiles that were previously-determined to optimize the protein production in a fed-batch fermenter. A main advantage of the proposed strategy is that the control actions are obtained by solving a system of linear equations. The optimal controller parameters are selected through Monte Carlo Experiments in order to minimize a proposed cost index. The controller performance is evaluated through several tests, and compared with other controller reported in the literature.Keywords-Fed-batch bioreactors, Control system design, Nonlinear model, Linear algebra. I. INTRODUCCIÓNA INDUSTRIA bioquímica ha crecido significativamente a través de las últimas dos décadas[1-3], con un creciente interés en la síntesis de grandes cantidades de productos por medio de microorganismos [4]. Usualmente, muchos procesos de la industria bioquímica son operados de forma fedbatch [5]. La operación fed-batch es una de las más populares en la industria bioquímica. En esta clase de bioreatores el sustrato es alimentado gradualmente dentro del reactor, pero el producto es unicamenteremovido al finalizar el proceso. El principal objetivo es la de evitar la sobrealimentación del sustrato, el cual puede inhibir el crecimiento de losmicoorganismos.Por otra lado, los procesos fed-batch presentan a veces algunos problemas desafiantes.Por ejemplo, la mayoría de sus modelos dinámicos son no lineales y rigidos,y generalmente incluyen parámetros que varían con el tiempo [3]. Estos problemas hacen que el control del proceso sea una tarea ardua [6].Un ítem importante en los problemas de control óptimos consiste en el seguimiento de los cambios en el set point sin producir oscilaciones indeseadas o evitar tiempos de operación largos para reducir los errores de seguimiento. Existen muchos factores que complican particularmente el control de los fermentadores, por ejemplo los procesos exhiben comportamiento dinámico no lineal; rara vez están disponibles modelos precisos de los procesos debido a la complejidad de las reacciones bioquímicas implicadas; y generalmente los parámetros que varían con el tiempo son desconocidos [5].Considere un reactor fed-batch con la meta de optimización de maximizar la cantidad de una proteína secretada al final del proceso. Este problema de control óptimo ha sido estudiado por varios autores [7-10]. El principal aporte del presente trabajo es diseñar un controlador capaz de lograr reproducibilidad entre lotes sucesivos al tiempo que se siguen perfiles óptimos determinados por otros autores.Respecto a esto último, se propone un acercamiento comprensible para el seguimiento de los perfiles óptimos. Para cumplir tal objetivo, se asume lo siguiente: (i) el procesoes adecuadamente modelado a través de un modelo matemático; (ii) los perfiles óptimos deseados de las concentraciones son conocidos; y (iii) la acción de control que mueve al sistema desde su estado actual hacia el deseado puede ser calculada.En la metodología pro...

show abstract

Section: A Definición Del Problemaunclassified

“…Existen varios ejemplos de sistemas MIMO resueltos con esta metodología en la literatura [14,16,17,19,22,23].…”

Section: B Diseño Del Controladorunclassified

See 1 more Smart Citation

Control of a Fed-Batch Fermenter Based on a Linear Algebra Strategy

Rómoli¹,

Scaglia²,

Serrano³

et al. 2014

IEEE Latin Am. Trans.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Decentralized systems use distributed communication and control laws. Several distributed communication and control techniques have been developed to coordinate the robot swarms such as graph theory (Eren et al, 2004), linear algebra and numerical methods (Rosales et al, 2010), adaptive fuzzy control (Ranjbar et al, 2012), and fuzzy-sliding mode formation control (Chang et al, 2012;Ranjbar et al, 2012).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Planar formation control of swarm robots using dynamical elliptic Fourier descriptors

Evren

Ünel

2014

Transactions of the Institute of Measurement and Control

View full text Add to dashboard Cite

Research on swarm robotics has become increasingly important in the last three decades. One of the major research directions in swarm robotics is the control of the formation of swarm robots to perform various tasks in 2D or 3D environments. In this paper, we propose a new planar (2D) formation control framework based on a dynamic version of elliptic Fourier descriptors (EFDs) and develop formation controllers that enable robots to form the desired shapes. The main advantage of this method over more traditional approaches in the literature is its flexibility in the representation of the desired shape. The formation can be virtually any arbitrary planar closed curve. Representation by EFDs becomes much more powerful as the number of harmonics in the representation increases. Performance of the proposed formation controller is tested in three simulations where desired swarm formations modelled by EFDs with two, three and six harmonics are considered. Results are quite promising.

show abstract

“…In this work a trajectory-tracking controller, designed originally for robotic systems [24,25,26,27], is applied to a CSTR. A generic model of CSTR is used in which an irreversible and exothermic chemical reaction is carried out and the reactor works with a cooling jacket [5,15,28,29].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Trajectory tracking in a nonlinear CSTR. Controller design based on a linear algebra approach

Suvire¹,

Scaglia²,

Serrano³

et al. 2014

2014 IEEE Biennial Congress of Argentina (ARGENCON)

View full text Add to dashboard Cite

This work presents a novel linear algebra methodology able to adequately design the controller algorithm for an efficient trajectory tracking of a continuous stirred tank reactor (CSTR). The mathematical model of the CSTR is represented by a system of coupled nonlinear differential equations, which is then approximated through a discrete statement of the problem. The discrete model is reorganized as a system of linear equations, which is used to find out a simple solution for the optimal control actions. An advantage of the present approach is that both the condition of negligible tracking error and the calculation of control actions are obtained by solving a system of linear equations. A Monte Carlo method is used for tuning the controller adjustment parameters. The simulation results show a good performance of the proposed control law.Resumen-Este trabajo presenta una novedosa metodología, basada en conceptos de álgebra lineal, capaz de diseñar un algoritmo de control para el seguimiento eficiente de trayectorias en un reactor tanque agitado continuo (CSTR). El modelo matemático del CSTR se representa mediante un sistema de ecuaciones diferenciales no lineales acopladas, y luego es aproximado mediante una formulación discreta del problema. El modelo discreto es reorganizado como un sistema de ecuaciones lineales, permitiendo encontrar una solución simple para las acciones óptimas de control. La ventaja del presente planteo es que tanto la condición de error de seguimiento nulo como el cálculo de las acciones de control, se obtienen resolviendo un sistema de ecuaciones lineales. Un método de Monte Carlo se utiliza para determinar las constantes de ajuste del controlador. Los resultados de simulación muestran un buen desempeño del lazo de control propuesto.

show abstract

Formation control and trajectory tracking of mobile robotic systems – a Linear Algebra approach

Cited by 37 publications

References 32 publications

Control of a Fed-Batch Fermenter Based on a Linear Algebra Strategy

Control of a Fed-Batch Fermenter Based on a Linear Algebra Strategy

Planar formation control of swarm robots using dynamical elliptic Fourier descriptors

Trajectory tracking in a nonlinear CSTR. Controller design based on a linear algebra approach

Contact Info

Product

Resources

About