Control de un sistema de frenado ABS basado en modos deslizantes

Abstract

In this thesis, we study the experimental anti-lock braking system (ABS, for its acronym in English) where we propose a robust control scheme based on sliding mode. The ABS system is considered is formed of a single wheel on the surface where it is moved, which is accomplished by controlling the slip factor, which is a relationship between the angular velocity of the upper wheel and the angular velocity of the wheel bottom (you can do similar analysis for the other 3 wheels of the vehicle). For experimental purposes using a laboratory prototype ABS manufactured by Inteco Ltd, which consists of two wheels on the lower wheel which simulates relatively linear movement of the car on the surface, while the upper wheel which simulates the wheel of the vehicle. To implement the ABS braking, the upper wheel is equipped with a disc braking system that is driven by a DC motor. The analysis and control design of a mathematical model of ABS in state space, which involved the most important aspects of the system. The states considered in the model are: the angular velocity of the upper wheel and the angular velocity of the lower wheel (modeling the linear speed of the car). The design for the ABS control is di?cult since it is a nonlinear system with parametric uncertainties. The robust sliding mode controller is proposed is super-twisting type (ST) of second order and has features that allow you to have a good performance to control dynamic systems with relative degree one (such as ABS braking system) and is robust to external shocks / internal and / or parametric uncertainties.

En el presente trabajo de tesis, se estudia el sistema experimental de frenado antibloqueo (ABS, por sus siglas en inglés) donde se propone un esquema de control robusto basado en modos deslizantes. El sistema ABS que se considera está formado de una sola rueda sobre la superficie por donde está se desplaza, lo cual se logra controlando el factor de deslizamiento, que es una relación entre la velocidad angular de la rueda superior y la velocidad angular de la rueda inferior (se puede hacer el análisis similar para las otras 3 ruedas del vehículo). Para fines experimentales se utiliza un prototipo de laboratorio ABS fabricado por Inteco Ltd, el cual consta de dos ruedas en el cual la rueda inferior simula relativamente el movimiento lineal del automóvil sobre la superficie, mientras que la rueda superior simula la rueda del vehículo. Para la implementación del frenado ABS, la rueda superior está equipada con un sistema de frenado de disco que es accionado por un motor de corriente continua. El análisis y diseño del control parte de un modelo matemático del ABS en espacio de estados, en el cual se involucran los aspectos más importantes del sistema. Los estados considerados en el modelo son: la velocidad angular de la rueda superior y la velocidad angular de la rueda inferior (modelando la velocidad lineal del automóvil). El diseño del control para el ABS es difícil dado que es un sistema no lineal con incertidumbres paramétricas. El controlador robusto por modos deslizantes que se propone es de tipo super-twisting (ST) de segundo orden y tiene características que permiten tener un buen desempeño de control para sistemas dinámicos con grado relativo 1 (como es el caso del sistema de frenado ABS) y es robusto ante perturbaciones externas/internas y/o incertidumbres paramétricas.