This thesis deals with enhancing the performance of Fuzzy Logic (FL) based PI controllers for High Voltage Direct Current Transmission Systems (HVDC) by optimizing the key parameters i.e. membership functions (MFs) and fuzzy rule base in the controllers design. In the first part of the thesis, an adaptive Fuzzy PI controller is designed and the effect of various MF shapes, widths and distribution on the performance of a FL controlled HVDC system under different system conditions is studied with the aim of selecting a MF which minimizes the total control error. Simulated results show that the shape, width and distribution of a MF influences the performance of the FL controller and concludes that nonlinear MFs (i.e. Gaussian) offer a more better choice than linear (i.e. Triangular) MFs as the former provides a smoother transition at the switching points and thus propose a better controller. In the second part of the thesis, a Neuro-Fuzzy (NF) controller to update the fuzzy rule base with changing system conditions is proposed, which in turn adjusts the PI gains of a conventional PI controller. Results from simulations illustrate the potential of the proposed control scheme as the NF controller successfully adapts to different system conditions and is able to minimize the total current error. / UOIT

[pt] Este trabalho apresenta procedimentos de modelagem e controle neuro-fuzzy de sistemas dinâmicos. Neste contexto, é proposta e avaliada a utilização simultânea da abordagem neuro-fuzzy em todo o sistema de malha fechada controlador-planta.Na modelagem da planta, o espaço de entrada do sistema dinâmico é inicialmente dividido em um número de regiões de operação fuzzy onde modelos de ordem reduzida (ARMAX) representam o comportamento do sistema dinâmico. A saída completa do sistema - modelo global - é obtida através da conjunção das saídas dos modelos locais usando uma rede neuro-fuzzy.No controle da planta, é proposto um novo controlador neuro-fuzzy chamado Controlador Neuro-fuzzy de Coeficientes Variáveis (CNFCV), que tem como objetivos melhorar a robustez do sistema de controle a perturbações e a geração automática da variável manipulada, que é uma dificuldade normalmente encontrada em controladores neurais ou neuro-fuzzy. Esse controlador é originado dos modelos de redes neurais de Mellem (1997) e Velloso (1999), e utiliza redes neuro-fuzzy para a geração dos coeficientes variáveis de um modelo ARMA da variável manipulada. Apesar de juntar modelos de séries temporais com a abordagem neuro-fuzzy, o CNFCV tem como função não a previsão, mas sim o controle de uma planta ou processo.Para avaliar o desempenho do CNFCV são utilizados, como meios de comparação,controladores neuro- fuzzy conhecidos - FALCON-H Fuzzy Adaptive Learning Control Network with Hybrid Learning e NEFCON Neuro-Fuzzy Controller - e o tradicional controlador PID Proporcional- Integral-Derivativo.As plantas utilizadas são uma planta linear Bobinador, uma planta linearizada Pêndulo Invertido e uma planta não linear %CO2. A escolha de tais plantas deve-se ao fato de serem utilizadas e modeladas em aplicações práticas e em trabalhos acadêmicos. Os resultados obtidos com o CNFCV são analisados e comparados aos proporcionados pelas outras estruturas.Ao final são apresentadas conclusões e sugestões para trabalhos futuros. / [en] In this work procedures for neuro-fuzzy modelling and control of dynamic systems are reviewed and a new structure is proposed. In this, modelling and closed-loop control are performed simultaneously by using a neuro-fuzzy approach. In the modelling stage the input space of a dynamic system (plant) is initially divided into a number of fuzzy operating regions within which reduced order models are able to represent the system. The complete system model output - the global model - is obtained through the conjunction of the outputs of the local models. A new structure, called Neuro-Fuzzy Controller with Variable Coefficients (NFCVC) is proposed and evaluated. Its main objectives are to improve the system s robustness and to provide automatic generation of the manipulated variable in order to overcome a difficulty of neural and neuro-fuzzy controllers in general. The NFCVC is originated from models proposed by Mellem (1997) and Velloso (1999) and makes use of neuro-fuzzy networks to generate variable coefficients of an ARMA model. Despite combining times series models with a neuro-fuzzy approach, the main function of NFCVC is to perform the control of the plant.In order to evaluate the performance of NFCVC two well-known neuro-fuzzy controllers - FALCON-H (Fuzzy Adaptive Learning Control Network with Hybrid Learning) and the NEFCON (Neuro-Fuzzy Controller) - as well as the traditional PID controller are used as means of comparison.A linear plant (Rotor Winder), a linearized plant (Inverted Pendulum) and a nonlinear plant (%CO2) are used in the experiments. These plants are well-known and generally used in practical applications and/or academic works. The results for the NFCVC are analyzed and compared to those obtained with the others structures. Finally, conclusions and suggestions for future work are presented.

[pt] Esta dissertação apresenta o projeto e desenvolvimento de um sistema para detecção e desvio de obstáculos para veículos aéreos não tripulados (VANTs), implementado por um controlador neuro-fuzzy. Neste contexto, este trabalho apresenta uma revisão teórica sobre veículos aéreos não tripuláveis, legislação brasileira aplicável, métodos de detecção de obstáculos, lógica nebulosa e redes neurais. O controlador desenvolvido foi implementado de forma a imitar as ações realizadas por um operador humano, visando desviar de obstáculos encontrados no caminho de navegação do VANT. Regras de inferência são estabelecidas baseadas na consultoria de especialistas da área e os pesos ajustados pela rede neural. O processo de tomada de decisão ocorre levando em consideração as informações coletadas por um Lidar multicanal e sensores ultrassônicos embarcados no VANT. Por sua vez, o algoritmo desenvolvido foi incorporado em um controlador de vôo comercial. O sistema completo do quadricóptero é detalhado, destacando as principais características de todos os sensores e do controlador de vôo. Os resultados das simulações computacionais e testes experimentais são apresentados, discutidos e comparados, a fim de avaliar o desempenho do sistema desenvolvido. / [en] This dissertation presents the design and development of an obstacle detection and avoidance system for unmanned aerial vehicles, implemented by a neuro-fuzzy controller. In this context, this work presents a theoretical review of unmanned aerial vehicles, the applicable Brazilian legislation, obstacle detection methods, fuzzy logic and neural networks. The developed controller was implemented in order to mimic the actions taken by a human operator, aiming at avoiding obstacles found in the navigation path of the UAV. Inference rules were established based on consultation with specialists in the field and the weights adjusted by neural networks. The decisionmaking process takes into account information collected by a multichannel Lidar and ultrasonic sensors embedded in the UAV. In turn, the developed algorithm was embedded in a commercial flight controller. The complete quadricopter system is detailed, highlighting the key features of all sensors and the flight controller. The results of computational simulations and experimental tests are presented, discussed and compared, in order to evaluate the performance of the developed system.