Estabilidade de sistemas chaveados descritores afins com aplica¸c˜ao em um circuito eletroestimulador
PDF

Palavras-chave

Circuito eletroestimulador. Modelagem. Controle não linear
Electrostimulator circuit. Modeling. Non-linear control.

Como Citar

Mainardi Júnior, E. I., Oliveira, D. R. de, Oliveira, L. R. de, Amorim, E. da S., & Teixeira, M. C. M. (2022). Estabilidade de sistemas chaveados descritores afins com aplica¸c˜ao em um circuito eletroestimulador. ForScience, 10(1), e01082. https://doi.org/10.29069/forscience.2022v10n1.e1082

Resumo

Este artigo tem como objetivo a modelagem matemática e o estudo de estabilidade de um circuito de estimulação elétrica em corrente pulsada. Assim, o trabalho apresenta um circuito de estimulação elétrica o qual é representado matematicamente por um modelo não linear. Ademais, a modelagem matemática é baseada em representação por espaço de estados visando representar o modelo como um sistema chaveado descritor afim. Logo, o estudo de estabilidade do sistema é desenvolvido com base em uma função quadrática de Lyapunov e Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs), que quando factíveis, demonstram que o sistema pode ser controlado por uma estratégia de chaveamento adequada. Os resultados de simulação apresentados evidenciam que o procedimento de projeto proposto
tem um desempenho adequado, sendo que resultados experimentais validam a modelagem
proposta no projeto.

Palavras-chave: Circuito eletroestimulador. Modelagem. Controle não linear.

 

Stability of key systems related descriptors with application in an electrostimulator circuit

Abstract

This article aims the mathematical modeling and a stability study of a pulsed current electrical stimulation circuit. Thus, the paper presents an electrical stimulation circuit which is mathematically represented by a non-linear model. Furthermore, the mathematical modeling is based on state space representation in order to represent the model as an affine descriptor switched system.. Therefore, the stability study of the system is developed based on a quadratic Lyapunov function and Linear Matrix Inequalities (LMIs), which when feasible, demonstrate that the system can be controlled by an adequate switching strategy. The simulation results presented show that the proposed design procedure
has an adequate performance, and experimental results validate the modeling proposed in the project.

Keywords: Electrostimulator circuit. Modeling. Non-linear control

https://doi.org/10.29069/forscience.2022v10n1.e1082
PDF

Referências

AMARAL, F. M.; ALBERTO, L. F. C. Bifurcações Sela-Nó da Região de Estabilidade de Sistemas Dinâmicos Autônomos não Lineares. TEMA (São Carlos), Scielo, v. 17, p. 71 – 80, 04 2016.

BOLZERN, P.; SPINELLI, W. Quadratic stabilization of a switched affine system about a nonequilibrium point. In: American Control Conference, 2004. Proceedings of the 2004. [S.l.: s.n.], 2004. v. 5, p. 3890 –3895.

BOYD, S. et al. Linear Matrix Inequalities in Systems and Control Theory. 2nd. ed. [S.l.]: SIAM Studies in Applied Mathematics, 1994. 193 p. (Studies in Applied Mathematics, 15).

CARDIM, R. et al. Variable-structure control design of switched systems with an application to a dc-dc power converter. IEEE Trans. Ind. Electronics, v. 56, n. 9, p. 3505 –3513, sept. 2009.

______. Variable-structure control design of switched systems with an application to a DC-DC power converter. IEEE Transactions on Industrial Electronics, v. 56, n. 9, p. 3505–3513, sept 2009.

CARNIATO, L. A. et al. Output control of continuous-time uncertain switched linear systems via switched static output feedback. International Journal of Control, Taylor & Francis, v. 0, n. 0, p. 1–20, 2018.

DEAECTO, G. et al. Switched affine systems control design with application to dc–dc converters. IET Control Theory & Appl., IET, v. 4, n. 7, p. 1201–1210, 2010.

GAHINET, P. et al. LMI control toolbox - for use with matlab. 1995.

HE, Y.; XU, W.; CHENG, Y. A Novel Scheme for Sliding-Mode Control of DC-DC Converters with a Constant Frequency Based on the Averaging Model. Journal of Power Electronics, KOREAN INST POWER ELECTRONICS, RM 408, KOREA SCIENCE & TECHNOLOGY BLDG, 635-4, YEOKSAM-DONG, KANGNAM-GU, SEOUL, 135-703, SOUTH KOREA, 10, n. 1, p. 1–8, jan. 2010.

KRUEGER, E. et al. Efeitos da estimulação elétrica funcional no controle neuromuscular artificial. v. 18, p. 01–11, 10 2010.

LIMA, C. B. de. O temporizador 555. v. 2, p. 97 – 106, 2010.

MAINARDI JUNIOR, E. I.; FRIGO, M. M.; FIDELIS, B. T. Implementação de um estimulador elétrico com via circuito integrado 555N. ForScience, v. 6, n. 1, 2018.

MAINARDI JUNIOR, E. I. et al. Robust control of switched linear systems with output switching strategy. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, v. 26, n. 5, p. 455–465, Oct 2015.

MAZUMDER, S.; NAYFEH, A.; BOROJEVIC, D. Robust control of parallel DC-DC buck converters by combining integral-variable-structure and multiple-sliding-surface control schemes. IEEE Trans. on Power Electron., IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC, 445 HOES LANE, PISCATAWAY, NJ 08855-4141 USA, 17, n. 3, p. 428–437, MAY 2002.

OGATA, K. Engenharia de controle moderno. [S.l.]: Prentice Hall do Brasil, 1982.

PFEIFER, A. A.; LOBATO, F. S. Controle ótimo de sistemas algébrico-diferenciais chaveados usando o algoritmo de busca gravitacional. TEMA (São Carlos), scielo, v. 14, p. 81 – 94, 04 2013.

STAUDT, T. Estudo de transformadores de corrente utilizados em instrumentação. 2009. 138 p. Dissertação (Dissertação) — Universidade Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, 2009.

VELLOSO, J. B. Estimulador el´etrico muscular programável. 2005. 77 p. Dissertação (Monografia) — Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2005.

XIAO, M.; ZHAI, G.; HUANG, C. Quadratic stabilisation of switched affine systems. Journal of Control and Decision, Taylor & Francis, v. 7, n. 1, p. 1–23, 2020.

YOSHIMURA, V. L. et al. Observer-Based Control Design for Switched Affine Systems and Applications to DC–DC Converters. Journal of Control, Automation and Electrical Systems, Springer US, v. 24, n. 4, p. 535–543, may 2013.

ZHAI, G. et al. Quadratic stabilization of uncertain switched affine systems: An observer-based approach. In: 2018 57th Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers of Japan (SICE). [S.l.: s.n.], 2018. p. 362–367.

Creative Commons License

Este trabalho está licensiado sob uma licença Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Copyright (c) 2022 Array