Este trabalho aborda o problema do controle dinâmico de robôs testando e comparando o desempenho de três diferentes controladores desenvolvidos para o manipulador robótico da Divisão de Engenharia Mecânica-Aeronáutica do ITA (Robô ITA-IEMP), a saber: um controlador IJC (Independent Joint Control) tradicional utilizando algoritmo PID, um controlador utilizando a técnica do torque computado e um controlador utilizando redes neurais artificiais. Inicialmente as três estratégias foram simuladas em computador utilizando um modelo dinâmico do Robô ITA-IEMP derivado simbolicamente a partir da Formulação de Lagrange-Euler. Uma vez feita a simulação, estas foram implementadas computacionalmente de forma a executarmos o controle em tempo real do manipulador. São apresentados os resultados das simulações computacionais e da operação em tempo real do manipulador para cada uma das estratégias desenvolvidas. De forma a integrar as implementações computacionais destas técnicas de controle e também as diferentes rotinas para geração de trajetórias desenvolvidas, foi implementada uma interface gráfica amigável com o auxílio do pacote CXL.

Este trabalho utiliza a teoria Hoo de otimização para projetar um autopiloto robusto para um veículo lançador de satélites. No projeto considera-se a fase de vôo em baixa atmosfera, onde o veículo está sujeito às mais críticas variações paramétricas e perturbações do vôo. Este sistema, em particular, permite investigar as características de robustez do controlador Hoo a incertezas paramétricas na planta e a perturbações de diversos tipos. O projeto é realizado em três fases, aumentando-se progressivamente sua complexidade. Na primeira fase é considerado modelo rígido do foguete para um plano de manobra. Na segunda fase considera-se o modelo flexível para um plano de manobra. Na terceira fase o efetua-se o projeto definitivo, ou seja utiliza-se a estrutura multivariável do foguete, para manobras nos três eixos, incluindo os modos de flexão. Durante o projeto discute-se a seleção das funções para atingir os objetivos de projeto e o procedimento para se reescrever o sistema na forma geral. O desempenho do controlador Hoo é explicitado, comparando-o com um controlador PID. Investiga-se também a aplicação em tempo real, efetuando-se uma simulação híbrida com a versão discretizada do controlador Hoo contínuo. As características de robustez do controlador Hoo são da ilustradas consideramdo-se variações apreciáveis nos parâmetros da planta e inserindo-se perturbações realistas.

Neste trabalho sao projetados dois controladores com oobjetivo de desacoplar e linearizar um manipulador mecanico com incerteza parametrica. O robo estudado possui tres graus deliberdade, sendo que as suas tres juntas sao rotativas. Os dois controladores utilizam redes neuronais. A diferenca entre os dois controladores, alem da arquitetura da rede neuronal usada em cada um, esta no fato de no segundo caso a rede neuronal ser usada em conjunto com atrasadores, o que faz com que a rede neural e os atrasadores formem um sistema dinamico, e nao mais estatico, como no primeiro caso. O treinamento das redes neuronais e feito com autilizacao do algoritmo genetico. O objetivo deste treinamento e fazer com que a saida do sistema controlado (robo) esteja, segundo uma metrica Euclidiana, o mais proximo possivel da saida do modelo de referencia durante um intervalo de tempo pre-estabelecido. Nesta etapa de treinamento o sistema e excitado por uma entrada de referencia em que as tres componentes sao do tipo de grau. Sao avaliados os desempenhos dos dois controladores projetados em casos em que o sistema e excitado ainda por entradas em que astres componentes soa do tipo de grau, porem com amplitudes diferentes das usadas durante o treinamento das redes neuronais.

Este trabalho investiga o problema de controle de manipuladores com realimentação de visão na malha de controle. Analisamos principalmente os métodos da realimentação de atributos de imagem e da realimentação da posição do objeto. Além disso, será feito o estudo de dois métodos de determinação da posição de um objeto empregando visão, bem como estudos sobre a melhor forma de se posicionar as câmeras no ambiente. Devido à complexidade da dinâmica dos manipuladores nestes métodos empregam-se controladores adaptativos a nível de junta. O primeiro sistema estudado consiste de um manipulador que adquire um objeto estático, empregando a realimentação de atributos da imagem do objeto para inferir indiretamente a posição relativa entre manipulador e objeto. O segundo sistema emprega a posição do objeto determinada pela câmera em um algoritmo de controle para guiar o manipulador no rastreio de um objeto móvel. Analisamos também um terceiro sistema que é uma forma híbrida dos sistemas anteriores. Neste terceiro sistema utilizamos uma lei de comutação que, baseada na exatidão do posicionamento de cada método, seleciona o melhor método a ser utilizado em determinado ponto da trajetória. As análises destes métodos serão baseadas em simulações onde o manipulador, a câmera e o objeto são modelados. Será apresentado também um ambiente para controle de manipuladores em tempo real que incorpora a realimentação de visão, realizando-se experimentos para explicitar a influência de imagens reais no sistema do controle.

A aceitação das estratégias de Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) na indústria vem crescendo desde seu desenvolvimento em meados da década de 70 até hoje. Características como a capacidade de atender restrições, atuação dependente de modelos, princípio de horizonte móvel, inovaram a teoria de controle de tal modo que atualmente existem diversos algoritmos com esses novos paradigmas. Existem diversas teorias sobre MPC não linear, entretanto, esta dissertação dá ênfase apenas à investigação comparativa de duas linhas de pesquisas distintas sobre controle preditivo neuro-fuzzy, cada qual baseada em diferentes estruturas e propriedades de redes do tipo Takagi-Sugeno. Uma das linhas se refere à possibilidade de interpretar a rede como múltiplos modelos lineares e a outra trata da conveniência de entender a rede como modelo global linear de parâmetros variáveis. Assim sendo, este tema foi escolhido com objetivo de identificar vantagens e desvantagens de cada pesquisa. Sua importância é justificada, pois contribui com informações detalhadas para a seleção de uma abordagem numa aplicação qualquer. No desenvolvimento deste trabalho, as formulações da literatura foram reescritas utilizando as equações no espaço de estado como ferramenta padrão de modelagem. Desta maneira, resultados teóricos foram encontrados ao cotejar os controladores antes mesmo de sua implementação e simulação. Por fim, um estudo de caso de uma planta de processo didática, com três tanques acoplados entre si, foi explicado e modelado, sendo os resultados teóricos verificados por meio de experimentos simulados.

Sistema de comando de vôo Fly-by-wire associados com o conceito de estabilidade relaxada vêm trazendo vantagens às aeronaves comerciais nas últimas décadas, e um procedimento de projeto de sistemas de aumento de estabilidade e controle utilizando técnicas modernas traz como vantagem a redução no custo e no tempo de desenvolvimento, que são os principais empecilhos para implementação de sistemas deste tipo. Este trabalho apresenta o projeto de leis de controle para um sistema de controle de vôo empregando ferramentas de controle robusto, tais como H-infinitivo, síntese um e transformações lineares fracionárias (LFTs). As incertezas em geral ocorrem no modelo dinâmico da aeronave, em função de parâmetros tais como massa e momentos de inércia da aeronave, posição do centro de gravidade e condição de vôo (velocidade e altitude) são consideradas no projeto. O objetivo é encontrar um controlador que atenda aos requisitos de projeto tanto no ponto nominal como no caso de incertezas e variações destes parâmetros, apresentando assim robustez de estabilidade e de desempenho. O projeto de realimentação é baseado no parâmetro C*, que é largamente empregado na indústria aeronáutica, e permite avaliações e especificações de desempenho de forma simples e bem conhecida. Outros critérios bastante conhecidos na literatura são também empregados para uma análise mais completa de qualidade de vôo.

Controladores baseados em Máquinas de Estados Finitos (MEF) são muito empregadas para projetos de unidades de controle. Porém devido aos requisitos relacionados aos sistemas assíncronos, como necessidade de tratamento de hazards e corridas críticas, sistemas do paradigma síncrono são mais utilizados. Nesta tese, uma metodologia de projeto para controladores com relógio local é proposta. O método de relógio local reduz os requisitos da lógica assíncrona e a viabiliza para síntese em dispositivos lógicos programáveis. Este método é caracterizado pelas maiores vantagens de ambos os paradigmas, síncrono e assíncrono. A principal vantagem de um controlador síncrono é sua robustez contra hazards e corridas, porém seu maior problema é a energia gasta na geração de um sinal de relógio periódico e também energia perdida em bordas não utilizadas. Neste estilo de projeto, uma função de relógio local é gerada, assincronamente, somente quando uma variável de entrada ativar uma mudança de estado. É proposta uma ferramenta de síntese automática, chamada Sicarelo (Síntese Automática de Controladores Assíncronos de Relógio Local), que sintetiza controladores BM (Modo Rajada) e XBM (Modo Rajada Estendido) de forma otimizada. O método apresentado soluciona os conflitos de forma eficiente utilizando Algoritmo Genético, conforme apresentado nesta dissertação.

Este trabalho apresenta duas novas abordagens para a síntese de controladores H? com formatação de malha. O projeto de controladores H? com formatação de malha combina os conceitos de controle clássico com a otimização H?. O método compreende duas etapas sequenciais: a primeira consiste na formatação da planta nominal e na seleção de pré e pós-compensadores utilizados para moldar a resposta em frequência do sistema para satisfazer determinados requisitos de desempenho e estabilização robusta. Na segunda etapa, o raio de estabilidade é otimizado em relação à incertezas não-paramétricas descritas como distúrbios em fatoração coprima da planta formatada. Neste contexto, busca-se neste trabalho, provar que é possível também incorporar incertezas paramétricas e parâmetros variantes no tempo em sua formulação. Assim, duas novas condições de síntese para o projeto de controladores H? com formatação de malha utilizando desigualdades matriciais lineares (LMIs) foram derivadas. Por fim, exemplos práticos são apresentados ilustrando a eficiência dos métodos propostos em termos da acurácia dos resultados.

Neste trabalho são abordados os conceitos do controlador de inversão dinâmica, desde sua fundamentação teórica, até o desenvolvimento de um projeto utilizando seus princípios, aplicado à aeronave comercial A300. Foram realizadas simulações computacionais para analisar a qualidade dos controladores obtidos, assim como o comportamento da aeronave em diversas condições de voo, incluindo em atmosfera adversa e sob condição de falha. Por fim, foi realizada a análise dos resultados obtidos e feita uma conclusão sobre as características do controlador de inversão dinâmica.

Conversores de energia chaveados apresentam alto rendimento por conduzirem de forma pulsada porções exatas de energia da sua entrada a um filtro de saída. A maior parte dos controladores utilizados possui natureza analógica, limitando possibilidade de estratégias de controle factíveis. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para estudos empregando dispositivos digitais do tipo DSP para controle de tensão ou corrente de um conversor de energia DC-DC topologia Buck síncrono. Três algoritmos de controle foram testados na plataforma: controlador PID linear de tensão de saída, controlador PID linear de corrente de saída e controlador PIDFuzzy de tensão de saída. Com os algoritmos embarcados, o conversor de energia foi ensaiado, validando a proposta de uma plataforma de estudo.