Recently, active suspension has been applied to many commercial automobiles. To develop the control algorithm for active suspension, a quarter-car test bed was built by using a direct-drive tubular linear brushless permanent-magnet motor (LBPMM) as a force-generating component. Two accelerometers and a linear variable differential transformer (LVDT) are used in this quarter-car test bed. Three pulse-width-modulation (PWM) amplifiers supply the currents in three phases. Simulated road disturbance is generated by a rotating cam. Modified lead-lag control, linear-quadratic (LQ) servo control with a Kalman filter, and the fuzzy control methodologies were implemented for active-suspension control. In the case of fuzzy control, asymmetric membership functions were introduced. This controller could attenuate road disturbance by up to 78%. Additionally, a sliding-mode controller (SMC) is developed with a different approach from the other three control methodologies. While SMC is developed for the position control, the other three controllers are developed for the velocity control. SMC showed inferior performance due to the drawback of the implemented chattering-proof method. Both simulation and experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of these four control methodologies.

Abstract This thesis studies on the design of hybrid fuzzy PID controller via genetic algorithms and the position control of linear DC motors. Due to the high precision and high speed positioning ability, linear DC motors have been widely used in many fields. However, with the higher requirements of positioning accuracy, the effect of nonlinear friction becomes very significant. Because of the large difference between dynamic friction in macrodynamic region and static friction in microdynamic region, we design the two-stage controller for positioning in macrodynamic and microdynamic stage individually. In the macrodynamic stage, we use the hybrid fuzzy PID controller and finding the optimal membership functions and scaling factors of the controller via adaptive genetic algorithms to enhance performance of the system. A novel formula for calculating adaptive crossover and mutation rate is also presented. Since it is not easy to establish a precise static friction model in the microdynamic region, the relay feedback method is adopted to design PID controllers. Finally, through computer simulations and experiments, it is obviously that the performance of the proposed controllers is satisfactor

Η παρούσα διπλωματική μελέτη έχει ως αντικείμενο την αναβάθμιση της εργαστηριακής άσκησης "Έμπειρος και ασαφής έλεγχος βιολογικού αντιδραστήρα" του εργαστηρίου Γενικής Ηλεκτροτεχνίας και Τομέα Συστημάτων Αυτόματου Ελέγχου. Η αναβάθμιση του εξοπλισμού περιλαμβάνει την αντικατάσταση του παλιού προσωπικού υπολογιστή (PC) και του παλιού προγραμματιζόμενου λογικού ελεγκτή (PLC) με νέας γενιάς αντίστοιχα. Η αναβάθμιση του λογισμικού αφορά την ανάπτυξη της παραπάνω εργαστηριακής εφαρμογής με το λογισμικό Fuzzy Control V6++. Το παρόν έγγραφο είναι χωρισμένο σε έξι κεφάλαια στα οποία παρουσιάζονται οι βασικές έννοιες και δομές των συστημάτων βιολογικού καθαρισμού καθώς και οι βασικές έννοιες της ασαφούς λογικής, των ασαφών ελεγκτών και των νευρωνικών δικτύων χωρίς όμως να στέκεται τόσο στα στοιχεία της θεωρίας. Προσπαθήσαμε δηλαδή να δώσουμε στην εργασία αυτή τη μορφή ενός εγχειριδίου με την εκτενή παρουσίαση όλων των βημάτων και των προβλημάτων που ακολουθήσαμε και αντιμετωπίσαμε στο εργαστηριακό περιβάλλον για την ανάπτυξη του ασαφούς ελεγκτή με το νέο υλικό (λογισμικό και εξοπλισμό). / --

Controle de processos é uma das muitas aplicações que aproveitam as vantagens do uso da teoria de conjuntos nebulosos. Nesse tipo de aplicação, o controlador é, geralmente, embutido no dispositivo controlado. Esta dissertação propõe uma arquitetura reconfigurável eficiente para controladores nebulosos embutidos. A arquitetura é parametrizável, de tal forma, que permite a configuração do controlador para que este possa ser usado na implementação de qualquer aplicação ou modelo nebuloso. Os parâmetros de configuração são: o número de variáveis de entrada (N); o número de variáveis de saída (M); o número de termos linguísticos (Q); e o número total de regras (P). A arquitetura proposta proporciona também a configuração das características que definem as regras e as funções de pertinência de cada variável de entrada e saída, permitindo a escalabilidade do projeto. A composição das premissas e consequentes das regras são configuráveis, de acordo com o controlador nebuloso objetivado. A arquitetura suporta funções de pertinência triangulares, mas pode ser estendida para aceitar outras formas, do tipo trapezoidal, sem grandes modificações. As características das funções de pertinência de cada termo linguístico, podem ser ajustadas de acordo com a definição do controlador nebuloso, permitindo o uso de triângulos. Virtualmente, não há limites máximos do número de regras ou de termos linguísticos empregados no modelo, bem como no número de variáveis de entrada e de saída. A macro-arquitetura do controlador proposto é composta por N blocos de fuzzificação, 1 bloco de inferência, M blocos de defuzzificação e N blocos referentes às características das funções de pertinência. Este último opera apenas durante a configuração do controlador. A função dos blocos de fuzzificação das variáveis de entrada é executada em paralelo, assim como, os cálculos realizados pelos blocos de defuzzificação das variáveis de saída. A paralelização das unidades de fuzzificação e defuzzificação permite acelerar o processo de obtenção da resposta final do controlador. Foram realizadas várias simulações para verificar o correto funcionamento do controlador, especificado em VHDL. Em um segundo momento, para avaliar o desempenho da arquitetura, o controlador foi sintetizado em FPGA e testado em seis aplicações para verificar sua reconfigurabilidade e escalabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com os do MATLAB em cada aplicação implementada, para comprovar precisão do controlador. / Process control is one of the many applications that benefits from fuzzy control. In this kind of application, the controller is usually embedded in the controlled device. This dissertation proposes a reconfigurable architecture for efficient embedded fuzzy controllers. The architecture is customizable, as it allows the controller configuration to be used to implement any fuzzy model. The configuration parameters are: the number of input variables (N); the number of output variables (M); the number of linguistic terms (Q); and the total number of rules (P). The proposed architecture also enables the configuration of the characteristics that define the rules and membership functions of each input and output variable, allowing for an optimal scalability of the project. The composition of the antecedent and consequent of the rules are configurable, according to the fuzzy model that is being implemented. A priori, the architecture supports triangular membership functions, but it can be extended to accommodate other forms, such as trapezium, without major modifications. The characteristics of the lines, forming the membership functions of the linguistic terms, can be adjusted according to the definition of the fuzzy model, allowing the use of non-isosceles and isosceles triangles. Virtually, there are no limits on the number of rules or linguistic terms used in the model, as well as the number of input and output variables. The macro-architecture of the proposed controller is composed of N fuzzification blocks, 1 inference block, M defuzzification blocks and N blocks to handle the characteristics of the membership functions. This block operates only during the controller setup. The work done by the fuzzification blocks of the input variables is executed in parallel, as well as the computation performed by the defuzzification blocks of the output variables. The duplication of the fuzzification and defuzzification blocks accelerates the process of yielding the final response of the controller. Several simulations were performed to verify the correct operation of the controller, which is specified in VHDL. In a second stage, to evaluate the controller performance, the architecture was synthesized into a FPGA and tested with six applications to verify the reconfigurability and scalability of the design. The results obtained were compared with the ones obtained from MATLAB for each of the implemented applications, to demonstrate the accuracy of the controller.

In telecommunications in general and in GSM in particular, the handover is a feature that guarantees a smooth transition of a call from one base station - that is for the purpose of this project an antenna - to another. In the recent ten years, the amount of data traffic through mobile telecommunications has doubled annually, putting an enormous strain on the network and forcing operators to upgrade with more and more base stations and new features. Although 3G and 4G are responsible for data traffic in most countries, GSM still provides more than 80% of the coverage for mobile devices around the world. Due to the increase in data traffic, 3G and 4G need to use more and more frequencies at the expense of GSM. An optimization of the GSM network is thus vital. In this project, we research two methods to automatically choose the parameters of interest (PoI) that govern the handover feature in each cell which is, roughly speaking, the area of coverage of one antenna. In one of these methods, the choice of cell- and cell-to-cell-specific parameters has its origins in control theory while the other method is based on mathematical optimization. In the mathematical sense, our goal is to optimize the quality of service over PoIs. Extensive simulations have been run using these PoIs in order to evaluate if and how the two different methods can effectively be used in reality. Several useful insights have been gained that will provide the basis for future work. The optimization approach in particular has proved to deliver good results within the limitations of the simulated environment used for testing.

Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-06-27T20:40:29Z No. of bitstreams: 1 FláviaEFD_DISSERT.pdf: 4838703 bytes, checksum: cb75ca0f24038306bbea559a45db472e (MD5) / Rejected by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br), reason: Corrigir referência on 2017-07-03T12:20:16Z (GMT) / Submitted by Lara Oliveira (lara@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T16:12:28Z No. of bitstreams: 1 FláviaEFD_DISSERT.pdf: 4838703 bytes, checksum: cb75ca0f24038306bbea559a45db472e (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T16:56:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FláviaEFD_DISSERT.pdf: 4838703 bytes, checksum: cb75ca0f24038306bbea559a45db472e (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Christiane (referencia@ufersa.edu.br) on 2017-07-04T17:02:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FláviaEFD_DISSERT.pdf: 4838703 bytes, checksum: cb75ca0f24038306bbea559a45db472e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-04T17:02:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FláviaEFD_DISSERT.pdf: 4838703 bytes, checksum: cb75ca0f24038306bbea559a45db472e (MD5) Previous issue date: 2017-02-17 / Research on Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has been intensified since the 2000s with the aim of replacing manned vehicles. Its maneuverability makes it capable of handling various types of applications such as surveillance of a particular area, inspection of structures, in difficult to access environments, among others. When the first research began, this type of aerial vehicle was only used for military applications, but at the moment they are studied for other applications; the studies focus on control techniques for stability and flight autonomy. This work aimed the development of an altitude control and attitude of a UAV type quadrotor; the implementation was carried out on the Arduino platform and the flight tests indoors. Design of stability and height control, comparisons between two types of height control, PID (Proportional-Integral-Derivative) and Fuzzy in a Simulink® / MATLAB environment were performed / anos 2000, com o objetivo de substituir os veículos tripulados. Sua manobrabilidade o torna apto a lidar com diversos tipos de aplicações como vigilância de uma determinada área, inspeção de estruturas, em ambientes de difícil acesso, entre outros. Quando as primeiras pesquisas iniciaram, esse tipo de veículo aéreo era usado apenas para aplicações militares, mas atualmente são estudados para outras aplicações; os estudos se concentram em técnicas de controle para estabilidade e autonomia dos voos. Este trabalho objetiva o desenvolvimento de um controle de altitude e atitude de um VANT do tipo quadricóptero; a implementação foi realizada na plataforma Arduino e os testes de voo em ambientes fechados. Foi realizado o controle de estabilidade e de altura, comparações entre dois tipos de controle de altura, PID (Proporcional-Integral-Derivativo) e Fuzzy em ambiente Simulink®/MATLAB / 2017-06-27

[pt] Nesta dissertação, um transportador pessoal robótico auto-equilibrante (TPRE) foi desenvolvido, consistindo de uma plataforma com duas rodas que funciona a partir do equilíbrio do indivíduo que o utiliza, assemelhando-se ao funcionamento do clássico pêndulo invertido. Entre as características que o TPRE tem, podem-se destacar a rapidez na movimentação, o uso de um espaço reduzido, alta capacidade de carga, e capacidade de fazer curvas de raio nulo. Ao contrário de veículos motorizados tradicionais, o TPRE utiliza alimentação elétrica, portanto não gera emissões poluentes e, além disso, não contribui com poluição sonora. Para a locomoção, são utilizados dois motores de corrente contínua de potências entre 0,7HP e 1,6HP. Para medir o ângulo de inclinação e a velocidade da variação do ângulo de inclinação, é utilizado um acelerômetro de três eixos e um girômetro de um eixo. Para indicar a direção do TPRE, foi utilizado um potenciômetro deslizante. A modelagem dinâmica do sistema foi feita usando o método de Kane, utilizada posteriormente em simulações na plataforma Matlab. O controlador lê os sinais provenientes do acelerômetro, do girômetro e do potenciômetro deslizante, e envia o sinal de controle, em forma de PWM, a placas controladoras de velocidade dos motores, usando a linguagem eLua. Os algoritmos de controle desenvolvidos neste trabalho foram PID, Fuzzy e Robusto, tendo como variáveis de controle o erro e a velocidade da variação do erro do ângulo de inclinação. Experimentos demonstram que os controles Fuzzy e Robusto reduzem significativamente as oscilações do sistema em terrenos planos em relação ao PID. Verifica-se também uma maior estabilidade para terrenos irregulares ou inclinados. / [en] A Self Balancing Personal Transporter (SBPT) is a robotic platform with two wheels that functions from the balance of the individual who uses it, resembling the operation of classic inverted pendulum. In this thesis, a SBPT is designed, built and controlled. Among the features from the developed SBPT, it can be mentioned: relatively high speeds, agility, compact aluminum structure, zero turn radius, and high load capacity, when compared to other SBPT in the market. Unlike traditional motor vehicles, the SBPT uses electric power, so there is no polluent emissions to the environment and no noise pollution. It is powered by two motors with output powers between 0.7HP and 1.6HP. To measure the tilt angle and its rate of change, a three-axis accelerometer and a gyroscope are used. The turning commands to the SBPT are sent through a potentiometer attached to the handle bars. The method of Kane is used to obtain the system dynamic equations, which are then used in Matlab simulations. The controller, programmed in eLua, reads the signals from the accelerometer, gyroscope and potentiometer slider, process them, and then sends PWM output signals to the speed controller of the drive motors. This thesis studies three control implementations: PID, Fuzzy and Robust Control. The control variables are the error and error variation of the tilt angle. It is found that the Fuzzy and Robust controls are more efficient than the PID to stabilize the system on inclined planes and on rough terrain.

Controle de processos é uma das muitas aplicações que aproveitam as vantagens do uso da teoria de conjuntos nebulosos. Nesse tipo de aplicação, o controlador é, geralmente, embutido no dispositivo controlado. Esta dissertação propõe uma arquitetura reconfigurável eficiente para controladores nebulosos embutidos. A arquitetura é parametrizável, de tal forma, que permite a configuração do controlador para que este possa ser usado na implementação de qualquer aplicação ou modelo nebuloso. Os parâmetros de configuração são: o número de variáveis de entrada (N); o número de variáveis de saída (M); o número de termos linguísticos (Q); e o número total de regras (P). A arquitetura proposta proporciona também a configuração das características que definem as regras e as funções de pertinência de cada variável de entrada e saída, permitindo a escalabilidade do projeto. A composição das premissas e consequentes das regras são configuráveis, de acordo com o controlador nebuloso objetivado. A arquitetura suporta funções de pertinência triangulares, mas pode ser estendida para aceitar outras formas, do tipo trapezoidal, sem grandes modificações. As características das funções de pertinência de cada termo linguístico, podem ser ajustadas de acordo com a definição do controlador nebuloso, permitindo o uso de triângulos. Virtualmente, não há limites máximos do número de regras ou de termos linguísticos empregados no modelo, bem como no número de variáveis de entrada e de saída. A macro-arquitetura do controlador proposto é composta por N blocos de fuzzificação, 1 bloco de inferência, M blocos de defuzzificação e N blocos referentes às características das funções de pertinência. Este último opera apenas durante a configuração do controlador. A função dos blocos de fuzzificação das variáveis de entrada é executada em paralelo, assim como, os cálculos realizados pelos blocos de defuzzificação das variáveis de saída. A paralelização das unidades de fuzzificação e defuzzificação permite acelerar o processo de obtenção da resposta final do controlador. Foram realizadas várias simulações para verificar o correto funcionamento do controlador, especificado em VHDL. Em um segundo momento, para avaliar o desempenho da arquitetura, o controlador foi sintetizado em FPGA e testado em seis aplicações para verificar sua reconfigurabilidade e escalabilidade. Os resultados obtidos foram comparados com os do MATLAB em cada aplicação implementada, para comprovar precisão do controlador. / Process control is one of the many applications that benefits from fuzzy control. In this kind of application, the controller is usually embedded in the controlled device. This dissertation proposes a reconfigurable architecture for efficient embedded fuzzy controllers. The architecture is customizable, as it allows the controller configuration to be used to implement any fuzzy model. The configuration parameters are: the number of input variables (N); the number of output variables (M); the number of linguistic terms (Q); and the total number of rules (P). The proposed architecture also enables the configuration of the characteristics that define the rules and membership functions of each input and output variable, allowing for an optimal scalability of the project. The composition of the antecedent and consequent of the rules are configurable, according to the fuzzy model that is being implemented. A priori, the architecture supports triangular membership functions, but it can be extended to accommodate other forms, such as trapezium, without major modifications. The characteristics of the lines, forming the membership functions of the linguistic terms, can be adjusted according to the definition of the fuzzy model, allowing the use of non-isosceles and isosceles triangles. Virtually, there are no limits on the number of rules or linguistic terms used in the model, as well as the number of input and output variables. The macro-architecture of the proposed controller is composed of N fuzzification blocks, 1 inference block, M defuzzification blocks and N blocks to handle the characteristics of the membership functions. This block operates only during the controller setup. The work done by the fuzzification blocks of the input variables is executed in parallel, as well as the computation performed by the defuzzification blocks of the output variables. The duplication of the fuzzification and defuzzification blocks accelerates the process of yielding the final response of the controller. Several simulations were performed to verify the correct operation of the controller, which is specified in VHDL. In a second stage, to evaluate the controller performance, the architecture was synthesized into a FPGA and tested with six applications to verify the reconfigurability and scalability of the design. The results obtained were compared with the ones obtained from MATLAB for each of the implemented applications, to demonstrate the accuracy of the controller.

[pt] Nas últimas décadas o avanço tecnológico tem atingido altos níveis de desenvolvimento, sendo as técnicas de inteligência computacional um dos principais campos em expansão devido à sua aplicabilidade nas diferentes áreas industriais. Uma das principais técnicas com aplicabilidade no setor da robótica é a Lógica Fuzzy, que permite aumentar as características de autonomia dos robôs. Atualmente a indústria brasileira vem desenvolvendo novos métodos robotizados para as tarefas de monitoramento e inspeção de gasodutos. No caso particular do gasoduto Coari-Manaus, foi desenvolvido o Robô Ambiental Híbrido Médio (RAHM), o qual possui um Sistema Primário de Navegação (SPN), mas não um Sistema Auxiliar de Navegação (SAN) para uso em caso de falha. Este trabalho tem como principal objetivo desenvolver um Sistema de Navegação Auxiliar controlado através da Lógica Fuzzy, de forma a auxiliar a navegação autônoma do robô em case de falha do SPN. O trabalho envolveu o projeto da eletrônica e de um sistema de inferência fuzzy para oferecer um controle adequado na navegação do robô em casos de emergência. O SAN é avaliado através de um estudo de caso comparativo, confirmando os benefícios que a Lógica Fuzzy oferece para o Sistema Auxiliar de Navegação. / [en] Technological progress has reached high levels of development in the last decades and computational intelligence techniques have been one of the main expanding fields due to their applicability in different industrial areas. One of those techniques that can be used in the field of robotics is Fuzzy Logic, which contributes to an increase in the autonomy of robots. Brazilian industry has been developing new robotics methods for monitoring and inspection tasks of pipelines. In the particular case of Coari-Manaus pipeline the Environmental Hybrid Medium Robot (RAHM) has been developed. This robot has a primary navigation system (PNS), but lacks an Auxiliary Navigation System (ANS) to be used in the case of failure. This dissertation has as its main objective developing an Auxiliary Navigation System controlled through Fuzzy Logic to help autonomous navigation in the case of the PNS failure. The work has involoved the electronic project and the design of a fuzzy inference system for an adequate control of the robot navigation of Robot in an emergency. The ANS is evaluated through a comparative case study and results confirm the benefits from using Fuzzy Logic in the design of the Auxiliary Navigation System.

Submitted by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-11T15:09:33Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1991641 bytes, checksum: ba8fcc8a2e4b18edbf9d9e8c286626b6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-11T15:09:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 1991641 bytes, checksum: ba8fcc8a2e4b18edbf9d9e8c286626b6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-02 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper presents an experimental design of a power control system and position, using, as actuator, a coil spring of Shape Memory Alloy (SMA), consisting of Ni-Ti alloys, in an adapted screw table. A controller, closed loop, based on Fuzzy logic has been modeled to control the force exerted by the spring which the spring is manipulating by the temperature. In this work, the spring temperature was controlled by an electric current, which produces heat generation by Joule effect. A restoring spring was used to make the shape memory spring to restore the system to its original position. To supply the shape memory spring we used a controlled current source, whose current value that determines the desired force applied which is measured with a load cell and position by a camera connected a computer. The shape memory spring characteristics were determined from conventional approach to helical traction springs, and then characterized by Differential Scanning Calorimetry (DSC). The Fuzzy controller was modeled on LabVIEW installed on a computer equipped with a data acquisition system. The experimental results were obtained from tests on test bench, with the shape memory alloy spring with and without training. / Neste trabalho apresenta-se um projeto experimental de um sistema de controle de força e de posição utilizando, como atuador, uma mola helicoidal de Liga de Memória de Forma (LMF), constituída de ligas de Ni-Ti, em uma mesa de fuso adaptada. Um controlador, em malha fechada, baseado em Lógica Fuzzy foi modelado para controlar a força exercida pela mola, a qual é manipulada através da temperatura da mola. Neste trabalho, a temperatura de mola foi controlada através de uma corrente elétrica, que produz geração de calor através do efeito Joule. Uma mola restauradora foi utilizada para fazer a mola de memória de forma restaurar o sistema à sua posição original. Para alimentar a mola de memória de forma utilizou-se uma fonte de corrente continua controlada, cujo valor dessa corrente determina a força aplicada desejada a qual foi medida com uma célula de carga e a posição através de uma câmera conectada a um computador. As características da mola de memória de forma foram determinadas a partir de abordagem convencional para molas helicoidais de tração, e em seguida caracterizada, através de calorimetria diferencial de varredura (DSC). O controlador Fuzzy foi modelado no ambiente LabVIEW instalado em um computador equipado com um sistema de aquisição de dados. Os resultados experimentais foram obtidos em ensaios realizados na bancada de teste, com a mola de liga de memoria de forma com e sem treinamento.