Esta dissertação aborda a síntese de leis de controle baseadas em compensação dinâmica de saída para sistemas lineares contínuos invariantes no tempo, sujeitos a restrições no atuador. Baseados em condições suficientes expressas em LMIs, obtidas a partir de uma nova condição de setor para a função zona-morta, dois métodos são propostos. O primeiro método propõe a síntese de compensadores dinâmicos de anti-windup de ordem plena e reduzida para um sistema com um controlador dado a priori desprezando limites do atuador. A síntese dos compensadores considera um atuador restrito em amplitude e o sistema sujeito a perturbações limitadas em norma L2. A verificação das condições enunciadas garante a estabilidade da origem em malha fechada, ganho L2 limitado da perturbação à saída controlada do sistema, e um conjunto de inicialização dos estados do sistema tolerante à perturbação de norma L2 máxima, conhecida. Na ausência de perturbação a origem é garantida assintoticamente estável. Para o compensador de ordem plena, condições em LMIs garantem a estabilidade local e global da origem. Para o caso de ordem reduzida, inicialmente obtém-se estas condições expressas em termos de BMIs, sobre as quais aplica-se o Lema de Finsler, e pela escolha apropriada de seus multiplicadores, condições expressas em LMIs são obtidas. Dois métodos baseados em BMIs são propostos para estender os resultados obtidos das otimizações, em esquemas de relaxação. O segundométodo proposto aborda a síntese de controladores dinâmicos, para um atuador restrito em amplitude e taxa de variação, sujeito a perturbações limitadas em norma L2. Propõe-se um controlador dinâmico não-linear, composto por um compensador dinâmico linear, um integrador saturante e laços anti-windup. Esta metodologia possibilita a síntese simultânea de um controlador, e da malha de compensação anti-windup. A verificação das condições enunciadas garante a estabilidade da origem em malha fechada, ganho L2 limitado da perturbação à saída controlada do sistema, e um conjunto de inicialização do sistema tolerante à perturbação de norma L2 máxima, conhecida. Na ausência de perturbação a origem é garantida assintoticamente estável. As condições para estabilidade local e global são formuladas em LMIs a partir da aplicação do lema de Finsler e da escolha apropriada de multiplicadores. Dois métodos também baseados em BMIs podem estender os resultados obtidos das otimizações em esquemas de relaxação. Casos especiais são propostos a partir do método geral obtido; nestes casos condições diretamente em LMI podem ser obtidas. Problemas de otimização são propostos para ambos os métodos para maximizar a tolerância à perturbação e a minimização do ganho L2 da perturbação à saída controlada. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar o efeito de cada método na solução do problema de máxima tolerância à perturbação. / This thesis addresses control law synthesis based upon dynamic output compensation of continuous time invariant linear systems. By sufficient conditions expressed in LMIs, obtained from a new sector condition to the dead-zone function, two methods are proposed. The first one, comprises the synthesis of full and reduced order dynamic antiwindup compensators for a system with a linear controller a priori given, regardless the actuators limits. The compensator synthesis considers an amplitude limited actuator and a system subjected to L2-norm limited perturbation. The verification of the announced conditions assures the closed-loop origin stability, limited L2 gain for the perturbation at the system controlled output, and a system states initialization set tolerating the known L2-norm disturbance. In the absence of disturbance the origin is asymptotically stable guaranteed. For the full-order compensator, LMI conditions assure the local and global origin closed-loop stability. For the reduced order case, at first, BMI conditions are obtained, which, by the Finsler Lemma and proper choosing of itsmultipliers, become LMIs. Two methods are presented based on BMIs in order to improve the obtained results, by relaxation schemes. The second method addresses the synthesis of dynamic controllers considering a linear plant with the actuator restricted both in amplitude and rate, the system is meant to be subjected to L2 norm disturbances. The proposed methodology issues a non-linear dynamic controller, composed by a dynamic linear compensator, a saturating integrator and anti-windup loops. This approach allows the simultaneous synthesis of both the controller and the anti-windup loops. The validity of its announced conditions guarantees the closedloop origin stability, an upper-bound to the disturbances L2 gain on the plant’s controlled output, and an initialization set for the system that stands the specified disturbance. In the absence of disturbances the system’s origin is asymptotically stable guaranteed. Both local and global stability conditions are given in terms of LMIs. Two BMI-based methods arise in order to improve the results obtained on the referred optimizations problems by relaxation schemes. Special cases are derived from the general method; in these cases directly LMI conditions may be obtained. Optimization problems arise in both methods in order to maximize disturbance tolerance and rejection, by means of respectively its L2-norm, and L2-gain at the controlled output. Numerical Examples are presented in order to illustrate the effect of each method in the solution of the disturbance toleration problem.

Os sistemas de controle e supervisão têm se revelado expressivamente importantes nos sistemas de produção. Garantir o funcionamento com qualidade dos processos industriais exige um controle permanente, sendo necessário manter constantes algumas variáveis. Um dos fatores que se destacam na utilização de monitoramento remoto é a possibilidade de centralizar o controle de um determinado processo em locais distintos, muitas vezes distantes do ponto de origem do problema, podendo ser acessado pelo responsável pelo processo e/ou muitas vezes resolvido pelo mesmo, sem a necessidade de locomover-se até o local do problema. Esse trabalho visou estudar e desenvolver um sistema utilizando a tecnologia de comunicação via rede elétrica e aquisição de dados, aplicado ao monitoramento e supervisão de temperatura do rotor de um aerogerador de pequeno porte por meio de um protótipo de simulação. O mesmo deu-se por meio de pesquisas e estudo de caso realizado em Laboratórios da Faculdade SATC, com a criação de um modelo de interface e aquisição de dados utilizando a rede elétrica para a transmissão e recepção de dados por intermédio da tecnologia PLC, como solução para o monitoramento remoto de uma variável definida como temperatura, simulando a temperatura do motor em um aerogerador de pequeno porte. Após a execução do protótipo, foram realizados testes comparativos entre a tecnologia PLC e a rede LAN em dois ambientes distintos: residencial e industrial. A análise do comportamento da rede LAN foi realizada através de um software de análise de redes, onde foram estabelecidos alguns parâmetros que representassem o desempenho da rede ao enviar e receber dados do sistema de monitoramento. Os resultados obtidos evidenciam as performances das tecnologias utilizadas como meios de transmissão, assim como apresentam um paralelo entre as mesmas. Os dados obtidos por este estudo mostram resultados satisfatórios da tecnologia PLC em relação à rede LAN, confirmando a possibilidade do uso desta tecnologia em sistemas de monitoramento remoto, permitindo assim um aumento na confiabilidade e comodidade operacional. / The control system and supervision have been revealed very important in product systems. To guarantee the function with quality, industrial process requires a permanent control being necessary keeping stable some variables. One important factor to point using remote monitoring is the possibility to centralize the control of one process in distinct place, many times far away from the problem original point. It can be accessed by responsible person for the process or many times solved by him without the necessity to be present where the problem started. This research studied and developed a monitoring system and supervision, using communication technology via electrical grid and data acquisition system. It was done by means of research and studies cases at SATC laboratory with data acquisition interface creation, using electric power distribution to transmit and receive the data by PLC technology as a solution to remote monitoring of a definite variable as temperature, simulating the temperature of a small wind power motor. After the prototype execution, comparatives tests were done between PLC technology and LAN network in two different environments: residential and industrial. The network behavior analysis was performed using a network analysis software, where were established some parameters that represent the performance of the network to send and receive data from the monitoring system.The data acquired in this research shows satisfactory results using PLC technology in relation to LAN network, confirming the possibility of use this technology in remote monitoring system allowing a reliability increase in operational convenience.

A proposta deste trabalho foi o desenvolvimento de um protótipo composto por hardware e software de um sistema para o gerenciamento remoto de temperatura aplicado a aerogeradores de pequeno porte. O hardware microcontrolado (PIC16F877A) recebe e condiciona o sinal emitido por sensores de temperatura (termopares), executa um algoritmo e transmite a informação via rede sem fio (ZigBee) para um software instalado em um computador remoto. O software desenvolvido em linguagem de programação Delphi permite ao usuário monitorar online a temperatura e enviar sinais de comando para ligar e desligar cargas através do acionamento de relês presentes no cartão eletrônico (hardware). O sistema desenvolvido tem foco na aplicação de monitoramento de temperatura em pontos críticos dos aerogeradores de pequeno porte. O sistema permitirá inclusive que haja a intervenção do operador parando a máquina ou então acionando sistemas de refrigeração quando os limites de temperatura forem ultrapassados, visando prolongar a vida útil da máquina evitando falhas catastróficas e não catastróficas que possam inutilizar o equipamento e/ou oferecer algum tipo de risco ao meio em que se encontra. Com o objetivo de validar o desenvolvimento, o hardware implementado foi submetido a testes de validação de distância de comunicação apresentando resultado satisfatório, entretanto abaixo da especificação emitida pelo fabricante dos módulos ZigBee utilizados. O hardware e o software foram submetidos também à validação da precisão de medição da temperatura em uma máquina elétrica com características análogas aos pequenos aerogeradores onde apresentaram resultados aceitáveis para a aplicação proposta. / The proposal of this work was the development of a composed for the hardware and software of a system for the remote management of applied temperature the wind turbine of small transport. The microcontrolled hardware (PIC16F877A) receives and conditions the signal emitted for temperature sensors (thermocouples), executes an algorithm and transmits the information saw net without wire (ZigBee) for a software installed in a remote computer. The software developed in Delphi allows the user to monitor online the temperature and to send command signals to bind and disconnect loads through the drive of you reread gifts in the electronic card (the hardware). The developed system has focus in the application of monitoring of temperature in critical points of the wind turbine of small transport, also allowing that it has the intervention of the operator stopping the machine or then setting in motion refrigeration systems when the temperature limits will be exceeded, aiming at to draw out the useful life of the machine being prevented catastrophic failures and not catastrophic that can make unusable the equipment and/or offer some type of risk to the way where if it finds. With the objective to validate the development, the hardware implemented was submitted to validation tests of distance communication presenting satisfactory result, though below the specification issued by the manufacturer of ZigBee modules used. The hardware and software were also submitted to the validation of the accuracy of temperature measurement in an electric machine with features similar to small wind turbines which showed acceptable results for the proposed application.

Este trabalho consiste na proposição de uma metodologia que garanta o projeto efetivo de controladores para utilização em sistemas de proteção, operação e supervisão de sistemas APM (Automated People Movers), utilizando como estudo de caso o Sistema Aeromovel. Automated People Movers (APM) são sistemas de transporte de passageiros com operação completamente automatizada (sem tripulação), trafegando em vias exclusivas e com alta frequência de serviço. Geralmente são operados em via elevada, acima dos obstáculos encontrados no nível do solo, de maneira a manter o espaço urbano de circulação. A automação completa de trens para transporte de passageiros é geralmente condição essencial para sua viabilidade financeira nos casos onde tem-se veículos pequenos para prover alta frequência de serviço. Em parte, a confiabilidade de um veículo com operação completamente automatizada aumenta com o uso de vias exclusivas impedindo a interferência de outros veículos ou pessoas na via, porém, uma metodologia de desenvolvimento do sistema de proteção, operação e supervisão que diminua a taxa de falhas e suas consequências é necessária por tratar-se de um sistema crítico. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de Sistemas APM e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descreve-se o processo de construção do sistema de proteção, operação e supervisão baseados na proposta de ampliação da norma IEC 61850 e prova-se a importância do uso do processo de simulação, verificação formal e os testes de conformidade no desenvolvimento de um sistema de controle seguro para aplicação em Sistemas APM. Para cada etapa do trabalho são apresentados os testes de conformidade para verificação do modelo de controle proposto. / This work consists in the proposition of a methodology that guarantees the effective design of controllers for use in protection, operation and monitoring Automated People Movers System, using as a case study Aeromovel system. Automated People Mover (APM) are systems of passenger transport with entirely automated operation (without crew), traveling in exclusive ways and with high service frequency. They are usually operated at elevated highway above the obstacles encountered on the ground level, so as to keep the urban space circulation. The complete automation of trains for passenger condition is necessary for their economic viability in the cases where they have small vehicles to supply high frequency of service. The reliability of an fully automated vehicle operation increases with the use of exclusive right-of-way preventing access from other vehicles or people on the track, however, the development of a methodology for protection, operation and monitoring systems is necessary to decrease the rate of failures and their consequences. This work presents a review of the solutions used in the construction of APM systems and the digital control of automated systems. We describe the construction process of the protection, operation and supervision systems based on the proposed extension of IEC 61850 and proves the importance use of the simulation, formal verification and conformity tests to develop a safe control system. For each stage of the work, the compliance tests to verify the proposed control model are presented.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para a síntese simultânea de controlador e laço anti-windup visando o problema de seguimento de referências em sistemas sujeitos à saturação. Além do projeto dos controladores, será apresentada uma estimativa dos domínios de estabilidade e do conjunto de referências admissíveis. O seguimento de referências constantes e a rejeição de perturbações, também constantes, será garantido pelo princípio do modelo interno, ou seja, uma ação integral será adicionada a uma malha de controle com realimentação de saída. Além da adição desta ação integral, uma mudança de coordenadas será aplicada ao sistema, onde será garantido que o único ponto de equilíbrio que garante erro nulo de seguimento está no interior da sua região de linearidade. Os efeitos da saturação no sistema serão considerados através de condições de setor modificadas, as quais introduzem novos graus de liberdade ao projeto. Em um primeiro momento, a metodologia será aplicada para sistemas de tempo contínuo, considerando um esquema de controle conhecido como “integradores inteligentes”. Posteriormente, este esquema será simplificado, no que foi chamado de solução “clássica”. Além de apresentar um esquema de controle mais simples e um número menor de condições, estas condições são obtidas diretamente na forma de LMIs, evitando assim, a utilização de esquemas iterativos. Alguns problemas de otimização serão apresentados, podendo levar a três objetivos de controle distintos: maximização da referência admissível, maximização da condição inicial e maximização da perturbação admissível. Por meio de exemplos, será mostrado que esta solução apresenta resultados menos conservativos do que os apresentados na literatura corrente, além de chamar a atenção para um problema ignorado por outros autores. Este problema se refere à existência de pontos de equilíbrio dentro dos domínios de estabilidade mas fora da região linear, o que impossibilita a garantia de erro de seguimento nulo. Num segundo momento, esta metodologia será estendida para sistemas de tempo discreto. Mais uma vez, condições LMI serão obtidas a fim de projetar os controladores e oferecer estimativas dos domínios de estabilidade. Por não haver uma referência direta para comparação dos resultados, a metodologia será aplicada para exemplos estáveis, instáveis e com integradores, tanto no caso monovariável quanto no caso multivariável. Finalmente, será apresentado um estudo dos pontos de equilíbrio fora da região de linearidade, como mencionado anteriormente, considerando tanto sistemas de tempo contínuo quanto em tempo discreto. Este estudo será realizado para alguns tipos de sistemas, considerando apenas o caso monovariável. Será provado que estes equilíbrios só são possíveis em plantas assintoticamente estáveis, exigindo a consideração de uma condição extra na solução do problema de otimização. / This work addresses the problem of tracking constant references for linear systems subject to control saturation. The main idea is to present LMI conditions in order to design both a stabilizing controller and an anti-windup gain. These conditions ensure that the trajectories of the closed-loop system are bounded by an invariant ellipsoidal set, provided that the initial conditions are taken in this set and the references and the disturbances belong to a certain admissible set. The constant reference tracking and constant disturbance rejection is taken into account by the internal model principle, i. e., considering the introduction of an integral action in a unitary output feedback scheme. We also introduce the error co-ordinate representation, where is proved that there exists only one equilibrium point inside the linearity region and that this equilibrium point ensures perfect reference tracking. In order to consider the saturation effects, we use a modified sector condition, introducing new degrees of freedom to the synthesis problem. In a first step, the proposed framework was applied to the control scheme called “intelligent integrators”, regarding continuous-time systems. However, this control scheme does not allow the simultaneous synthesis so it is simplified to the so called “classical” anti-windup scheme. Based on this simplified control structure, LMI conditions are directly derived, avoiding therefore the necessity of applying iterative schemes. Convex optimization problems aiming at the maximization of the invariant set of admissible states and/or the maximization of the set of admissible references/disturbances are proposed. We show, by means of an example, that the obtained results are less conservative than the ones previously presented in related works. In these examples, we also show that a study about the existence of other equilibria inside the invariant set is worthwhile. Later, the proposed framework is extended to discrete-time systems, where new LMI conditions are presented in order to synthesize the controller and present an estimate of the stability domains. Due to a lack of related works, our framework is applied to stable, unstable and integrator examples. These examples consider both single and multi-variable systems. Finally, we conclude this work with a study about the possibility of existence of other equilibria inside the invariant set. For the single-input case, we show that this is only possible if the open-loop system is asymptotically stable. In this case, in order to avoid convergence to these points, additional constraints on the admissible references to be tracked should be considered. It is worth to emphasize that such kind of analysis has not been performed in previous works.

Este trabalho apresenta uma proposta de solução para compensar o atraso variável, característico de redes IP. O preditor de Smith é tradicionalmente usado para compensar atrasos, mas no caso deste tipo de rede um fator importante que pode degradar o controle do sistema são as grandes variações nos atrasos sofridos pelas mensagens. Para tratar este problema, este trabalho baseia-se na criação de uma estrutura de dados de armazenamento para a saída do preditor de Smith, possibilitando a comparação do valor de saída da planta com o valor adequado guardado na estrutura. Para determinação do valor correspondente, este está associado a um índice calculado com o tempo de roundtrip obtido de informações dos pacotes de dados proveniente da planta. Para se chegar a tal solução, foi analisada nas primeiras seções a influência do atraso em malhas de controle e posteriormente um estudo do estado da arte para tipos de controle sobre redes IP. Ao final é apresentada uma análise experimental, demonstrando resultados promissores da aplicação desta proposta. / This work presents a solution to compensate the varying delay, characteristic of IP networks. The Smith predictor is traditionally used to compensate delays but in this type of networks an other important factor that can destabilize the system is the large jitter of the delay. In order to solve this problem, the solution presented here is based on a data structure to save the output from the model of the plant used by the Smith predictor, that make possible to compare the output from the plant with the corresponding value in the structure. In order to take the correspondent value, it is associated to an index which is calculated with the roundtrip obtained from the informations in the packet arrived from the plant. In order to formulate this solution, it was analised in the first sections the influence of the delay in control systems and then a study of the state of art of the control systems over IP networks. At the end, an experimental analise to demonstrate the good result of the application of this solution is presented.

Os atuadores hidráulicos são usados em muitas aplicações e áreas de trabalho devido à sua capacidade para manipular grandes forças com baixa inércia, pouca vibração e capacidade de trabalho por longos períodos de tempo. Entretanto, o maior problema no uso destes tipos de atuadores são as características dinâmicas tais como não-linearidade e variação de parâmetros, as quais dificultam seu controle em malha fechada. Assim, para controlar sistemas hidráulicos, é necessário o uso de modelos matemáticos não lineares e a aplicação de leis de controle complexas para obter um seguimento de trajetória com alta precisão. O objetivo principal deste trabalho é a obtenção de um sistema que siga com precisão as trajetórias de referência do tipo senoidais. Para tanto, este trabalho aborda o projeto de uma lei de controle por realimentação de estados (feedback linearization) combinada com o princípio do modelo interno para aplicar no sistema hidráulico de atuação de uma máquina de ensaios de fadiga. O princípio do modelo interno é aplicado utilizando um compensador dinâmico (que contém pólos imaginários com a mesma freqüência que o sinal de referência) num laço externo do sistema linearizado por realimentação de estados. Uma lei de controle do tipo realimentação de estados, considerando os estados do sistema linearizado e os do compensador dinâmico, é projetada para garantir estabilidade no sistema de malha fechada. A fim de avaliar a estratégia de controle proposta são discutidos e apresentados simulações do modelo experimental. / Hydraulic actuators are used in many applications due to their ability in driving large forces with low inertia and little vibration for a long period of time. However, the main problem in controlling these kinds of systems concerns their dynamics, which presents several nonlinearities and parameters variations. Thus, to control hydraulic systems, appropriated nonlinear models and complex control techniques to achieve a stable force regulation with a specified performance are necessary. The purpose of this work is the application of a feedback linearization scheme in the design of a force controller for a hydraulic actuator used in a fatigue test machine. The main control objective considered regards the achievement of sinusoidal force reference tracking. With this aim the internal model principle is applied by using a dynamic compensator (containing imaginary poles with the same frequency of the force reference) in an outer regulation loop. A state feedback control law, considering both the states of the feedback linearized hydraulic system and the ones of the dynamic compensator, is therefore designed in order to stabilize the whole closed-loop system. Experimental model identification and simulation control results are presented and discussed.

O projeto de controladores baseado em dados consiste no ajuste dos parâmetros do controlador diretamente das bateladas de dados do processo, sem a necessidade de um modelo. O ajuste é feito resolvendo um problema de otimização, onde procura-se o argumento que minimize uma determinada função custo. Para resolver o problema de otimização são utilizados nesses métodos o algoritmo do gradiente, o algoritmo de Newton e variações destes. O algoritmo do gradiente apenas necessita informação do gradiente da função custo enquanto que os outros utilizam mais informações como a hessiana. Para obter estas últimas informações são utilizados experimentos mais longos e mais complexos, o que torna a aplicação mais complicada. Nesta linha o algoritmo do gradiente se apresenta como a melhor alternativa, por este motivo foi escolhido como foco deste trabalho. A convergência do algoritmo do gradiente para o mínimo global da função custo, no contexto de projeto de controladores, não é encontrada na bibliografia, decidiu-se portanto estudá-la. Essa convergência depende das condições iniciais do algoritmo e do tamanho do passo de iteração utilizado. É mostrado que as condições iniciais precisam estar dentro de uma certa região de atração. Formas de aumentar esta região de atração são tratadas na metodologia chamada Shaping da Função Custo. A principal contribuição deste trabalho é apresentar um método eficiente para a escolha do tamanho do passo de iteração que garante a convergência para o mínimo global da função custo. Algumas informações do processo são necessárias para o cálculo do tamanho do passo de iteração, também são apresentadas maneiras de obter estimativas para estas informações. Simulações e experimentos demonstram o funcionamento dos métodos. / Data-based control design methods consist of adjusting the parameters of the controller directly from batches of input-output data of the process; no process model is used. The adjustment is done by solving an optimization problem, which searches the argument that minimizes a specific cost function. Iterative algorithms based on the gradient are applied to solve the optimization problem, like the steepest descent algorithm, Newton algorithm and some variations. The only information utilized for the steepest descent algorithm is the gradient of the cost function, while the others need more information like the hessian. Longer and more complex experiments are used to obtain more informations, that turns the application more complicated. For this reason, the steepest descent method was chosen to be studied in this work. The convergence of the steepest descent algorithm to the global minimum is not fully studied in the literature. This convergence depends on the initial conditions of the algorithm and on the step size. The initial conditions must be inside a specific domain of attraction, and how to enlarge this domain is treated by the methodology Cost Function Shaping. The main contribution of this work is a method to compute efficiently the step size, to ensure convergence to the global minimum. Some informations about the process are utilized, and this work presents how to estimate these informations. Simulations and experiments demonstrate how the methods work.

A fabricação de peças mecânicas por usinagem tornou-se mais versátil com o uso de máquinas-ferramentas com Comando Numérico Computadorizado. Este recurso permitiu a obtenção de superfícies de geometria mais complexa, extremamente difíceis de se fabricar com máquinas convencionais. A tarefa de escrever os programas CNC para usinar tal geometria também não é fácil, sendo necessário recursos auxiliares para alcançar este objetivo. O embasamento para utilização desta tecnologia passa inicialmente pelos conceitos e fundamentos de máquinas-ferramentas com CNC, programação CNC e modelagem geométrica de superfícies. Na elaboração deste estudo foram analisados vários relatos sobre sistemas de geração de programas CNC, tipos de trajetórias de ferramentas, otimização de programas CNC, reconhecimento de forma e sistemas de simulação e verificação. Desta análise foi estruturada uma estratégia para realização deste trabalho, que trata da implementação de um sistema de geração de programas CNC para máquinas de 3 eixos, destinado a superfícies de forma livre. O software admite modelos de superfícies criadas em um modelador na forma paramétrica Bézier e gera segmentos de programa CNC para usiná-las em duas etapas: desbaste e acabamento. Do modelo paramétrico são geradas duas poligonalizações para estas duas etapas. A primeira, de menor resolução, é usada para a operação de desbaste, para seleção de ferramentas e para determinação das inclinações da superfície, dados necessários para a operação posterior. A segunda, de maior resolução, oferece melhores condições de aproximação da superfície paramétrica e permite a geração da trajetória usada no acabamento. A etapa de desbaste, destinada à remoção do excesso de material da peça, é realizada com uma ferramenta de extremidade cilíndrica trabalhando em vários planos de corte. Cada plano é usinado através de movimentos em ziguezague, e posteriormente faz-se uma trajetória equidistante ao contorno das cavidades ou protrusões existentes. Já a etapa de acabamento, que visa conferir a forma e dimens5o desejadas à peça, é realizada com uma ferramenta de extremidade esférica trabalhando em ziguezague por toda a superfície. Nesta etapa, são determinados espaçamentos diferenciados entre os movimentos da ferramenta, segundo as inclinações da superfície. Desta forma, consegue-se uma redução no número de comandos, sem perder em qualidade. Três casos são apresentados, sendo o primeiro, uma superfície formada por toda cavidade e uma protrusão, o segundo, uma cavidade e o terceiro uma protrusão. O primeiro caso apresenta todos os passos executados nestas etapas consideradas. Os demais apresentam os resultados obtidos. Para verificar o programa CNC gerado foi implementado um simulador que confere o resultado obtido com a superfície modelada na forma paramétrica. Este simulador também tem um funcionamento diferenciado para cada etapa de usinagem e confere uma boa precisão a peça acabada. Os resultados demonstram a eficiência do sistema quanto à sua rapidez e também quanto à forma da peça. Em função das resoluções consideradas nos sistemas de geração e de simulação, encontrou-se um erro entre a superfície paramétrica e a superfície simulada. Conclui-se que a utilização de maior resolução para a geração da trajetória da ferramenta na etapa de acabamento é decisiva para a redução do erro encontrado comparando o modelo paramétrico com a superfície simulada. / Manufacturing of mechanical pieces by machining became more versatile with the use of tool machines equipped with Computerized Numerical Control. This resource allows more complex geometry surfaces, which are very difficult of manufacture with conventional machines. Writing of CNC programs for machining such geometry is also not easy, demanding further resources to fulfill this goal. Basics of using this tecnology includes concepts and fundamentals of CNC tool machines, CNC programming and geometrical modeling of surfaces. In this dissertation, it were analysed several reports of CNC tool path generation systems, tool path types, CNC program optimization, form recognition and simulation and verification systems. From this analysis, it was designed a strategy to prepare this dissertation, whose main purpose was to implement a CNC program generation system for 3 axis machines for free-form surfaces. The software admits surface models designed in a modeler using Bezier parametric form and generates segments of CNC programs for machining in two stages: rough and finishing. From the parametric model, two poligonalizations are generated for these stages. The first, of lower resolution, is used for a rough operation, for tools selection and for determination of surface inclinations, which ares necessary data for later operations. The second poligonalization, of greater resolution, offers better conditions of aproximation to the parametric surface and allows the generation of the tool path used in finishing. The rough stage, used to remove excess of material in this piece, is realized with a cylindrical end cutter working in several cutting planes. Every plane is machined in zigzag movements and later is done a tool path with constant offset with the existent cavity or protrusions. The finishing stage, whose goal is to give the desirable form and dimension to the piece, is done with a ball-end cutter, working in zigzag upon the whole surface. In this stage, no equal distances are determined betwen the tool movements according to surface inclinations. Thus, a reduction in the number of commands is obtained without loss of quality. Three cases are presented, where the first one is a surface formed by a cavity and a protrusion, the second one is a cavity, and the third one is a protrusion The first case is completely presented with all the steps. In the others cases, results are given. In order to evaluate the generated CNC program, it was implemented a simulator that checks the results with the modeled surface. This simulator uses different approaches in each stage of machining and gives a good precision to piece finishing. The results demonstrate the system eficiency as to speed, performance and also to form. On account of resolutions considered in the generation system and in simulation, errors were found between the parametric and the simulated surfaces. Comparing the parametric model with the simulated surface, it is clear that the use of greater resolution during the generation of the tool path in the finishing stage is decisive to reduce the errors.

A importância das redes de comunicação industriais em modernos sistemas de automação e controle industriais tem aumentado significativamente nos últimos anos, devido aos avanços nas áreas de processadores e softwares embarcados, que permitem o desenvolvimento de dispositivos com elevada capacidade de processamento a custos reduzidos. Estas características também são muito importantes em sistemas automotivos, visto que existe uma tendência para a substituição de sistemas mecânicos e hidráulicos em veículos e o espaço disponível para implementação é bastante reduzido. Esta substituição passa pela elaboração de complexos algoritmos de controle, os quais, quando operam sobre uma rede de comunicação, precisam considerar explicitamente os efeitos do canal de comunicação compartilhado na dinâmica do sistema em malha fechada. Este trabalho apresenta uma análise do impacto da comunicação em rede sobre sistemas de controle. Mais especificamente, analisa-se o comportamento do protocolo Flexray, recentemente desenvolvido por um consórcio de importantes empresas e que incorpora interessantes conceitos para escalonamento de mensagens síncronas e assíncronas. No trabalho foram realizados experimentos com três diferentes tipos de controladores aplicados ao estudo de caso de uma suspensão ativa, onde o sistema tem sua malha fechada sobre a rede FlexRay. / The importance of communication networks on modern automation systems has increased significantly over the last years, mostly due to advances in embedded microprocessor and software technologies, which enable the development of devices with high processing power at reduced costs. These characteristics are very important for vehicle systems, since there is nowadays a trend to replace mechanical and hydraulic systems, and the space available for implementation is limited. This replacement requires very complex control algorithms, which, when operating on a communication network, have to consider explicitly the effects introduced by the shared communication channel on the closed loop system dynamics. This work presents an analysis of the network communication impact over control systems. More specifically, it is of interest to analyse the behavior of the FlexRay protocol, which has been recently developed by a Consortium of important companies and incorporates interesting concepts of synchronous and asynchronous message scheduling. In this work, some experiments were performed with three controllers, which were developed using different methodologies, applied to the case study of an active suspension system, where the loop is closed over the FlexRay protocol.