[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar uma introdução à dinâmica de sistemas de multicorpos compostos por partes rígidas e flexíveis, através da exposição das diversas etapas: Modelagem, Simulação e Controle. A modelagem de sistemas de multicorpos é apresentada, atentando para os problemas de representação de rotações, caracterização de deformações dos corpos flexíveis e manipulação simbólica para formulação das equações do movimento. A parametrização de rotações é apresentada utilizando parâmetros clássicos como ângulos de Euler e Bryant, parâmetros de Euler e Rodrigues, assim como, vetor rotação, vetor rotação conforme e quaternios. O problema de singularidade das parametrizações é estudado, através da comparação de diferentes parametrizações. Para a caracterização de deformações dos corpos flexíveis é apresentado o método de modos supostos. A formulação das equações do movimento é apresentada utilizando as equações de Lagrange e Maggi-Kane. O toolbox de manipulação simbólica do MATLAB é utilizado para derivar as equações do movimento. O controle linear de sistemas de multicorpos é apresentado utilizando a representação no espaço de estados. Duas metodologias de projeto de controle são apresentadas: controle via imposição de pólos e controle ótimo. A simulação de sistemas de multicorpos é apresentada por meio de alguns exemplos ilustrativos da dinâmica e do controle de multicorpos, atentando para a escolha do método de integração. Todas as etapas são realizadas no ambiente do MATLAB, utilizando suas funções de manipulação simbólica para a modelagem, suas funções de linearização e controle para o controle e seus algoritmos de integração e funções gráficas para a simulação. / [en] This work intends to present an introduction to the Dynamics of Multibody Systems, with rigid and flexible bodies, by presenting the following stages: Modelization, Control and Simulation. The modelization of multibody systems is presented, exploring finite rotation parametrization, description of deformation of the flexible bodies and symbolic derivation of the equations of motion. Finite rotations parametrization is presented using classical systems of parametrization such as Euler`s and Bryant`s angles, Euler`s and Rodrigues` parameters and conformal rotation vector, rotation vector and quaternions. The problem of singularity of parametrization is studied by the comparison of the various systems of parametrization. The method of assumed modes is presented to describe the deformation of flexible bodies. The formulation of the equations of motion is done using Lagrange`s and Maggi-Kane`s equations. The equations of motion are derived using the MATLAB`s Symbolic Math Toolbox. The state-space linear control of multibody systems is presented. Two different methods are presented to design the control system: eigenvalues imposition and optimal control. The simulation of some numerical examples of multibody systems is presented. An analysis of the integration methods is done. All the computations are done in MATLAB, using the Symbolic Math Toolbox functions to the modelization, the Control Toolbox to the control and the OdeSuite to the integration of the equations of motion.

[pt] Um problema bem conhecido da Mecânica Clássica consiste no estudo do movimento de um corpo no espaço, especialmente quando o problema é conservativo e livre de forças. Este trabalho utiliza ferramentas modernas da Dinâmica para interpretar os movimentos com grande amplitude, ultrapassando os limites de estabilidade obtidos pelo conceito de Lyapunov. O problema da singularidade numérica que ocorre utilizando-se ângulos de Cardan pode ser eliminado com a descrição por quatérnios. A versatilidade dos quatérnios na Dinâmica é discutida, assim como a dificuldade do estudo do movimento próximo aos pontos de singularidade usando ângulos cardânicos. Enfatiza-se a influência dos momentos principais de inércia na estabilidade do movimento. Obtém-se um valor numérico da energia cinética mínima necessária para que o movimento atravesse o limite de estabilidade. O giroscópio Magnus é um instrumento educacional muito conveniente no estudo do movimento de um corpo livre no espaço. O rotor desse giroscópio representa um corpo em uma suspensão cardânica com anel externo e interno, o que dá ao corpo a liberdade de movimento necessária. Desenvolve-se nesta tese o modelo matemático de um corpo em suspensão cardânica, incluindo-se o atrito existente entre os componentes do sistema mecânico (além de considerar as inércias do rotor e dos anéis ou quadros). O problema da singularidade na descrição com rotações seqüenciais, que existe no caso de um corpo no espaço, é eliminado quando se considera a inércia dos quadros. Estuda-se o comportamento do giroscópio ao longo do tempo, sem outras restrições, considerando a perda de energia cinética devido ao atrito. Avalia-se também como a mudança dos momentos de inércia influencia a estabilidade do movimento do sistema. / [en] A well known conservative problem in Classical Mechanics consists in the force free motion of a body in space. This work uses modern tools from Dynamics to interpret great amplitude movements crossing the limits of stability in the concept of Lyapunov. The numerical singularity that arises with the use of Cadan angles can be eliminated with quaternion representation. The versatility of quaternions in Dynamics is discussed, as well as the difficulty in investigating the motion near to singularity points when using cardanic angles. The influence of the principal moments of inertia on the stability of the motion is discussed. A numerical value for the minimal kinetic energy to cross the stability border is obtained. The Magnus Gyroscope is an educational instrument, very convenient in the study of the motion of a free body in outer space. The rotor of this gyroscope represents the body on a cardanic suspension with outer and inner ring, which gives the body the necessary freedom of motion. In this work a mathematical model of a body in cardanic suspension is generated, including friction between gimbals and rotor (besides considering the inertia of these components). The singularity problem in the free body solution is eliminated when the inertia of the gimbals is considered. Long term behavior of the unrestricted motion is investigated, considering the loss of kinetic energy due to friction. It is also shown how the change of moments of inertia due to the gimbals influences the stability of the motion of system.