Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-02-21Bitstream added on 2014-06-13T19:55:35Z : No. of bitstreams: 1 silva_s_me_ilha.pdf: 1382147 bytes, checksum: 3fda6ad8742fdeab5c8e0db680440cbe (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Este trabalho tem como propósito utilizar técnicas de controle robusto para atenuação ativa de vibração mecânica em estruturas acopladas a atuadores e sensores piezelétricos. Os controladores são projetados segundo o enfoque de otimização convexa, com os requisitos envolvendo desigualdades matriciais lineares (LMIs). A proposta é ilustrar duas sínteses diferentes de realimentação via LMIs. A primeira é o projeto de controladores por realimentação de estados, estimados por um observador, considerando incertezas paramétricas do tipo politópicas. A segunda metodologia é baseada no controle H8 via realimentação do sinal de saída, considerando incertezas dinâmicas limitadas por norma. Os sensores/atuadores são posicionados em pontos ótimos utilizando-se a norma H8 como índice de desempenho. Os modelos matemáticos utilizados na síntese dos controladores foram obtidos a partir do método dos elementos finitos considerando o acoplamento eletromecânico entre os atuadores/sensores e a estrutura base ou a partir de métodos de identificação. Neste contexto, este trabalho também discute e exemplifica o algoritmo de realização de autosistemas (ERA). Três exemplos são solucionados para exemplificar a metodologia implementada: uma estrutura tipo placa, uma viga engastada-livre e a supressão ativa de flutter em um aerofólio 2-D, problema de grande interesse na indústria aeronáutica. Os resultados mostraram uma significante atenuação da vibração estrutural na faixa de freqüência de interesse e o atendimento dos requisitos impostos na fase de projeto. / The proposal of this work is to use robust control techniques in order to suppress mechanical vibration in structures with pieozoelectric sensors and actuators coupled. The controllers are designed by convex optimization and the constraints are dealt through linear matrix inequalities (LMIs) frameworks. Two different methodologies to feedback the system by using LMIs are explained. The first one is the observer-based state-feedback considering polytopic uncertainties. The second one is the H output feedback control considering norm-bound uncertainties. The sensors/actuators are located in optimal placements by using H norm as performance index. The mathematical models used in the controller design were obtained by finite element methods considering eletromechanical effects between the host structure and piezoelectric sensors/actuators patches or by using identification methods. In this sense, it is also discussed the eigensystem realization algorithm (ERA). Three different applications are proposed and solved in order to illustrate the applicability of the methodology: a cantilever plate; a cantilever beam; and an active flutter suppression in a 2-D airfoil, a problem of considered interest in the aeronautic industry. The results showed the vibration suppression in the bandwidth of interest when submited to the requirements imposed by practical situations.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Luis Pinto.pdf: 10308 bytes, checksum: b83d190258713e89ee2c83ff04a465ef (MD5) Previous issue date: 2008-07-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo de aplicação do Controle por Modos Deslizantes ao motor de indução monofásico, bem como a comparação dos resultados obtidos com uma estratégia de controle já bem estabelecida que é o Controle Vetorial. A base deste trabalho é a modelagem dinâmica do motor de indução monofásico. A partir da teoria dos circuitos elétricos são estabelecidas e analisadas algumas relações eletromagnéticas para esta máquina. Vários modelos matemáticos podem ser apresentados, em função da escolha das variáveis de estado. Neste caso, modela-se o motor a partir das correntes estatóricas e fluxos rotóricos. Usando o modelo matemático do motor, é simulado o controle do motor para as estratégias de Controle Vetorial, Modos Deslizantes de 1a. e de 2a. Ordem. O controle Vetorial é uma estratégia muito bem conhecida e já consolidada no uso industrial, e por isto foi usada como base de comparação para avaliar a efetividade das demais estratégias. O problema do Controle Vetorial é a pouca robustez do sistema para variações paramétricas. O controle por Modos Deslizantes de 1a Ordem é robusto para variações de parâmetros internos, porém apresenta o chattering. O controle por Modos Deslizantes de 2ª Ordem possui a mesma robustez do de primeira ordem, com o adicional de uma grande redução do chattering. Neste trabalho é feita a comparação entre estas três estratégias de controle.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArmandoSS_TESE.pdf: 2110397 bytes, checksum: c6ade2a7219938325c34c1856e93d29f (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / In this Thesis, the development of the dynamic model of multirotor unmanned aerial vehicle with vertical takeoff and landing characteristics, considering input nonlinearities and a full state robust backstepping controller are presented. The dynamic model is expressed using the Newton-Euler laws, aiming to obtain a better mathematical representation of the mechanical system for system analysis and control design, not only when it is hovering, but also when it is taking-off, or landing, or flying to perform a task. The input nonlinearities are the deadzone and saturation, where the gravitational effect and the inherent physical constrains of the rotors are related and addressed. The experimental multirotor aerial vehicle is equipped with an inertial measurement unit and a sonar sensor, which appropriately provides measurements of attitude and altitude. A real-time attitude estimation scheme based on the extended Kalman filter using quaternions was developed. Then, for robustness analysis, sensors were modeled as the ideal value with addition of an unknown bias and unknown white noise. The bounded robust attitude/altitude controller were derived based on globally uniformly practically asymptotically stable for real systems, that remains globally uniformly asymptotically stable if and only if their solutions are globally uniformly bounded, dealing with convergence and stability into a ball of the state space with non-null radius, under some assumptions. The Lyapunov analysis technique was used to prove the stability of the closed-loop system, compute bounds on control gains and guaranteeing desired bounds on attitude dynamics tracking errors in the presence of measurement disturbances. The controller laws were tested in numerical simulations and in an experimental hexarotor, developed at the UFRN Robotics Laboratory / Nesta Tese, s?o apresentados os desenvolvimentos da modelagem din?mica de um ve?culo a?reo n?o tripulado multirrotor com capacidade de decolagem e pouso vertical, considerando as n?o linearidades de entrada e o desenvolvimento de um controlador robusto por backstepping. A formula??o do modelo din?mico ? expressa usando-se as leis de Newton-Euler, visando ? obten??o de uma melhor representa??o matem?tica do sistema mec?nico para a an?lise e projeto das leis de controle, n?o apenas quando est? pairando, como tamb?m de decolagem, de pouso, ou de voo executando uma tarefa. As n?o linearidades de entrada s?o a zona morta e a satura??o, onde o efeito gravitacional e as inerentes restri??es f?sicas dos rotores s?o relacionadas e abordadas. O microve?culo experimental est? equipado com uma unidade de medida inercial e um sonar, que devidamente instrumentada fornece as medidas da atitude e altitude. Foi desenvolvido um estimador em tempo real para atitude usando quat?rnios e baseado em filtro de Kalman estendido. Para a formula??o robusta do controlador, os sensores foram modelados como o valor real, que ? o valor ideal com a adi??o de um vi?s e mais um ru?do branco desconhecidos e limitados. Os controladores de atitude e altitude foram derivados usando-se o crit?rio globalmente uniformemente praticamente assintoticamente est?vel para sistemas reais, que permanece globalmente uniformemente assintoticamente est?vel se e somente se suas solu??es s?o globalmente uniformemente limitadas, lidando com a converg?ncia e estabilidade dentro de uma regi?o com raio n?o nula, levando em considera??o algumas suposi??es como as incertezas nas medi??es. A t?cnica de an?lise de Lyapunov foi usada para: provar a estabilidade do sistema em malha fechada; calcular os limites dos ganhos de controle, e, obter a garantia limitada pretendida sobre o erro de rastreamento da din?mica de atitude na presen?a de dist?rbios nas medi??oes. As leis de controle foram testadas em simula??es num?ricas e em um hexarrotor experimental, desenvolvido no Laborat?rio de Rob?tica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:56:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CarlosAGF.pdf: 527942 bytes, checksum: 0d9ef8ecd1c3f6373e19e38612cb52c2 (MD5) Previous issue date: 2005-12-19 / A hierarchical fuzzy control scheme is applied to improve vibration suppression by using an electro-mechanical system based on the lever principle. The hierarchical intelligent controller consists of a hierarchical fuzzy supervisor, one fuzzy controller and one robust controller. The supervisor combines controllers output signal to generate the control signal that will be applied on the plant. The objective is to improve the performance of the electromechanical system, considering that the supervisor could take advantage of the different techniques based controllers. The robust controller design is based on a linear mathematical model. Genetic algorithms are used on the fuzzy controller and the supervisor tuning, which are based on non-linear mathematical model. In order to attest the efficiency of the hierarchical fuzzy control scheme, digital simulations were employed. Some comparisons involving the optimized hierarchical controller and the non-optimized hierarchical controller will be made to prove the efficiency of the genetic algorithms and the advantages of its use / Nesse trabalho apresenta-se um esquema de controle hier?rquico, utilizado para controlar um sistema eletromec?nico, em que um supervisor inteligente, baseado em l?gica nebulosa, faz a fus?o de sinais de controle oriundos de dois controladores: um robusto e um nebuloso do tipo Takagi-Sugeno-Kang. Atrav?s da combina??o de sinais de controle busca-se a simplifica??o no projeto de controladores e a obten??o de melhores desempenhos. Nessa pesquisa o controlador robusto ? projetado com base no modelo linearizado, do sistema eletromec?nico. No projeto desse controlador objetivou-se uma resposta r?pida, com uma r?pida acomoda??o e uma boa rejei??o a dist?rbios. O controlador nebuloso ? sintonizado, atrav?s de um algoritmo gen?tico, com base no modelo n?o linear, buscando uma boa velocidade no rastreamento de refer?ncias, com sinais de controle dentro dos limites de satura??o do servo-atuador. O supervisor tamb?m foi sintonizado por um algoritmo gen?tico. Esse sistema de controle demonstra ent?o, a combina??o de t?cnicas de controle distintas para resolver um problema em que t?cnicas de controle linear podem n?o propiciar uma solu??o adequada, devido ao fato do problema apresentar especifica??es conflitantes. O objetivo principal ? suprimir vibra??es mec?nicas obedecendo a crit?rios de desempenho previamente estipulados. Atrav?s de simula??es digitais avaliou-se o desempenho do sistema controlado, examinou-se a supress?o de vibra??es no que diz respeito ao seguimento de refer?ncia na presen?a de dist?rbios. Os resultados obtidos s?o comparados com os apresentados em Ara?jo (2002), de forma a comprovar a efici?ncia do m?todo de obten??o autom?tica dos par?metros de sistemas nebulosos

Este trabalho apresenta um estudo da discretização de controladores ressonantes aplicados a fontes ininterruptas de energia (UPSs, do termo em inglês, Uninterruptible Power Suppllies). Primeiramente, diferentes métodos de discretização serão considerados na obtenção de um modelo em tempo discreto da UPS. Além disso, estes métodos serão comparados do ponto de vista frequencial para a definição da formulação do controlador ressonante a ser utilizado. Então, uma metodologia de projeto robusto do controlador ressonante em tempo discreto é proposta a partir de uma representação em espaço de estados do sistema em malha fechada e os parâmetros do controlador são obtidos através da solução de um problema de otimização convexa sujeito a restrições na forma de Desigualdades Matriciais Lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalities - LMIs). A estratégia proposta foi validada por meio de resultados de simulação e experimentais obtidos com um inversor comercial de 3,5 kVA considerando os critérios estabelecidos na norma IEC 62040-3. Nestas condições, demonstrara-se um desempenho melhor do que os obtidos com a discretização do controlador projetado em tempo contínuo, sobretudo quando consideradas frequências de amostragem menores. / This work presents a study about discrete-time resonant controllers applied to uninterruptible power supplies (UPSs). First, different discretization methods are considered to obtain an equivalent UPS discrete-time model. Moreover, these methods are compared in the frequency domain in order to define the resonant controller structure to be employed. Then, a robust design methodology to the discrete-time resonant controller is proposed using a state-space representation of the closed-loop system and the controller parameters are obtained by solving a convex optimization problem subject to constraints in the form of Linear Matrix Inequalities (LMIs). The proposed strategy was validated by means of simulation and experimental results obtained with a 3.5 kVA commercial inverter taking into account the IEC 62040-3 norm requirements. In this conditions, a better performance was achieved than those obtained through discretization of a continuous-time controller, especially when considering smaller sampling frequencies.

O objetivo principal deste trabalho é o desenvolvimento de controladores robustos baseados no princípio do modelo interno, em referenciais síncrono e estacionário, para aplicação ao estágio de saída de uma fonte ininterrupta de energia (UPS) a fim de minimizar a distorção na tensão de saída causada pela conexão de cargas não lineares balanceadas e desbalanceadas. A formulação em referencial estacionário (abc) é realizada através da aplicação de controladores com múltiplos modos ressonantes, a fim de se estabelecer erro nulo ao seguimento de referência senoidal e rejeição de distúrbios na tensão de saída devido às correntes com elevado conteúdo harmônico drenadas pelas cargas. Além disso, o controle é formulado em referencial síncrono (dq0) utilizando controladores Proporcional-Integral (PI) convencionais muito difundidos na maioria das aplicações comerciais de UPS. O projeto de ambos controladores é realizado utilizando uma metodologia de controle robusto com realimentação de estados, onde os parâmetros dos controladores são determinados através da resolução de um problema de otimização convexa sujeito a um conjunto de restrições na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI). Uma análise comparativa de desempenho é realizada entre controladores com um modo ressonante (sintonizado na fundamental) e o PI em dq0, pois apresentam estruturas funcionalmente equivalentes sob a ótica do princípio do modelo interno aplicada a seus respectivos referenciais. Além do mais, demonstra-se a melhoria no desempenho com o uso dos controladores múltiplo ressonantes em referencial estacionário onde escolhe-se as frequências de ressonância de cada modo de maneira a suprimir os efeitos de harmônicas específicas na tensão de saída da UPS. A análise comparativa entre os controladores propostos é realizada através de simulações numéricas, utilizando os procedimentos de ensaio dinâmico e estático e as exigências estabelecidas pela norma internacional IEC 62040-3. / The main objective of this work is the development of robust controllers based on the internalmodel principle, in synchronous and stationary frames, applied to the output stage of an uninterruptible power supply (UPS), in order to minimize the output voltage distortion caused by the connection of balanced and unbalanced nonlinear loads. The formulation in stationary abc-frame is accomplished through the aplication of a multiple resonant controller, so that, it is possible to achieve zero-error tracking of the sinusoidal reference and disturbances rejection on the output voltage due to the high amount of harmonic currents drained by the loads. Moreover, a controller in synchronous reference frame (dq0 axis) is formulated through the application of conventional Proportional-Integral (PI) controllers which are widely used in comercial UPS applications. The design of both controllers is formulated using a state-feedback robust controlmethod, in which the controller parameters are determined by solving a convex optimization problem subject to a set of LMI constraints. A comparative analysis on the performance of the single-mode resonant controller (tuned at the fundamental frequency) and the PI controller is performed, because these controllers are functionally equivalent in the sense of the internal model principle applied to their respective frames. Furthermore, the improvement in performance is demostrated with the use of multiple resonant controllers in stationary abc-frame where the resonance frequencies are chosen to suppress the effects of a specific harmonic in the UPS output voltage. The comparative analysis of the proposed controllers is performed through numerical simulations, making use of the dynamical and steady-state test methods and performance requirements defined by the IEC 62040-3 international stardard.

Neste trabalho, duas técnicas de controle robusto (LQG/LTR e DML), aplicadas a um sistema elétrico de potência, são avaliadas através dos raios de estabilidade do sistema. As incertezas estruturadas do modelo nominal são consideradas nos dois controladores. Um conjunto de modelos é gerado considerando as combinações das incertezas paramétricas. Os valores singulares estruturados dos dois sistemas de controle são analisados. / In this work, two techniques of robust control (LQG/LTR) and LMI), applied to a power electric system, are available via stability radii of the system. The structured uncertainties of the nominal model are considered in both designs. A set of models is generated considering the combinations of the parametric uncertainties. The structured singular values of both systems are analysed.

Este trabalho trata da implementação de uma técnica de controle robusto, Síntese-&#956 em um robô manipulador de três graus de liberdade com juntas passivas. A necessidade de um de controle robusto se deve ao fato de que em uma aplicação real o sistema está sujeito a mudanças nos seus parâmetros internos e a distúrbios externos (ruído dos sensores, etc). Aqui, uma metodologia de controle robusto que combina o método do torque computado e controladores robustos projetados via Síntese-&#956 é proposta e utilizada com êxito. O equacionamento matemático da distância do sistema é apresentado e a linearização é realizada pela realimentação de estados presentes no método. Uma abordagem dos conceitos teóricos presentes na teoria de Síntese-&#956 é feita e um procedimento de projeto é apresentado. Modelos nominais para diferentes configurações do robô são definidos e controladores robustos são projetados utilizando o método de iterações D-K. O teste e a validação dos controladores projetados são verificados em um ambiente de simulação e também no manipulador experimental UArmII (Underactuated Robot Manipulator II), que é um robô manipulador (equipado com 3 juntas, atuadores e freios) projetado para o estudo de dinâmicas passivas. / This work deals with implementation of a robust control technique, &#956-Synthesis, in a mani- pulator robot with three degrees of freedom and passive joints. The necessity of a robust control is due to the fact that in a real application the system is subject to changes in its internal parameters and external disturbances (sensor noise, etc). Here, a robust control methodology that combines the computed torque method and robust controllers designed via &#956-Synthesis is proposal and used with success. The mathematical formulation of the system dynamics is presented and the linearization is accomplished by the state feedback included in the method. An overview of theoretical concepts presents in the &#956-Synthesis theory is made and a design procedure is presented. Nominal models for all robot\'s configurations are defined and robust controllers are designed using the D-K iterations method. The test and validation of the controllers are realized in a simulation environment and also in the experimental manipulator UArmII (Underactuated Robot Manipulator II), that is a robot manipulator (equipped with 3 joints, actuators and brakes) projected for the study of passive dynamics.

Este trabalho trata da coordenação de robôs heterogêneos que consiste em um robô helicóptero e em múltiplos robôs móveis com rodas, de modo que estes sigam um líder. Para atingirmos este objetivo, neste trabalho desenvolve-se a estimação da atitude e posição de um robô utilizando filtros robustos. Os filros realizam a fusão dos sinais de uma unidade de medida inercial de baixo custo e de um receptor GPS (Global Positioning System) considerando um modelo de corpo rígido formulado em termos de quatérnios. Resultados experimentais são apresentados baseados em um estudo comparativo entre os filtros robustos e o filtro de Kalman. Desenvolve-se o controle de um robô móvel com rodas deslizantes e de um robô helicóptero. Para realizar o controle robusto utilzia-se um regulador robusto recursivo. Simulaçõoes do robô móvel com rodas deslizantes e do robô helicóptero são apresentadas utilizando os parâmetros de um robô móvel Pioneer 3AT e de um robô helicóptero RMAX. Desenvolve-se também um mini robô helicóptero e uma base de movimento para realização de testes de controle do mini robô helicóptero constiste de um mini helimodelo e de um piloto automático baseado em um microprocessador com conectividade Wi-Fi, uma unidade de medida inercial e uma placa de controle de servos motores. E por fim, desenvolve-se a coordenação de robôs heterogêneos de modo que estes sigam um líder. Para isto é utilziado um controlador descentralizado e cooperativo cuja finalidade é gerar trajetórias de referência para que os robôs heterogênos se movimentem em formação rígida. / This research deals with the coordination of the heterogeneous robots, consisting of a robotic helicopter and multiple uheeled mobile robots, to achieve this aim this work develops the estimation of attitude, heading and positions of a robot based on robust filters. The filters perform the fusion of the signals of a low-cost inertial measurement unit and a GPS (Global Positioning System) receiver considering a rigid body model formulated in terms of quaternions. Experimental results are presented based on a comparative study of the robust filters and Kalman filter. It develops a robust control scheme of a ski-steering mobile robot and a robotic helicopter. The robust control is performed through a the robust recursive regulator. Simulations of the skid-steering mobile robot and a robotic helicopter are presented using the parameters of a Pioneer 3AT and a robotic helicopter RMAX. It also develops a mini robotic helicopter and a motion base to perform control test of a mini robotic helicopter. The mini robotic helicopter consists of a mini helicopter TREX 450 XL and an autopilot based on a microprocessor with Wi-Fi, an inertial measurement unit a servo control board. To finish, it develops the coordination of the heterogeneous robots in order to perform a leader strategy based on the concept of rigid formation.

Orientador: Eurípedes Guilherme de Oliveira Nóbrega / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-16T17:08:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvesJunior_MarcoAntoniodeOliveira_D.pdf: 2426154 bytes, checksum: bc1d1ecd78ca881b519a4e56c9383c8f (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Esta monografia apresenta uma arquitetura para aplicação de Controle Tolerante a Falhas, seguindo uma abordagem de dupla malha de realimentação. A primeira malha apresenta um controlador regular, e a segunda segue uma estratégia de controle adaptativa baseada em rede neural, que faz uso de um mecanismo de ajustes de pesos em tempo real. O primeiro controlador foi escolhido como um projeto de controlador baseado em norma H?, objetivando estabilizar o sistema e garantir o bom desempenho na presença de erros de modelagem e distúrbios externos. O controlador tolerante a falhas, que atua complementarmente à malha externa, é o controlador que usa a técnica neuroadaptativa. A rede neural possui estados internos recorrentes, usando uma superfície de deslizamento para adaptar os seus pesos, de modo a acomodar as possíveis falhas. Também apresenta robustez contra as perturbações externas, além da capacidade do controlador regular. Uma nova topologia de dinâmica da rede neural, com estados internos recursivos e aprendizado em tempo-real, é proposta, e a estabilidade do sistema é provada com base em uma função de Lyapunov e em requisitos predefinidos. Para avaliar o método, foi usado um modelo matemático de um veículo aéreo não tripulado do tipo quadrirrotor. Os resultados simulados, com o sistema submetido a vários tipos de condições de falha, são apresentados, mostrando o bom desempenho da configuração proposta / Abstract: This monograph presents an architecture scheme for Fault Tolerant Control applications, following a dual-loop controller design approach, where the first closed loop is a regular controller and the second one is based on a neural network adaptive control strategy, with on-line adjustment of the weights. The first controller, which was here chosen as an H? norm designed controller, aims stabilize the system, and guarantee a good performance in presence of modeling errors and external disturbances. The fault tolerant controller, acting complementarily to the external loop, is the one using the neuro-adaptive technique. Its design is based on recurrent internal states, using a sliding surface to adapt the weights of the neural network, in order to accommodate the system faults, but also with a robust effect which includes correcting all external perturbations, beyond the capacity of the regular controller. A new neural network dynamic topology, with internal recursive states and on-line learning algorithm, is proposed, and its stability is proved based on a Lyapunov function and predefined requirements. To assess the method, an unmanned quad rotor flying vehicle is modeled, and the respective controllers designed. Results based on numerical simulation, with the system submitted to several different fault conditions, are presented, showing a good performance of the proposed configuration / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica