Este trabalho objetiva a modelagem tipo concentrada para uma estrutura com um elo flexível, bem como o controle desta estrutura. Esta modelagem exibe um significado físico mais claro e é relevante por dois motivos principais: simplicidade e eficiência. Uma estratégia de controle tipo LQG é implementada, sendo apresentados resultados de simulação e experimentais, empregando o robô flexível ITA-IEMP do Departamento de Engenharia Mecânica-Aeronáutica, havendo boa concordância entre eles. Posteriormente é estudado o rastreamento de trajetórias e identificação adaptativa das não-linearidades de robôs com um elo flexível. O desenvolvimento de leis de controle ativas para robôs flexíveis constitui um problema em aberto: a principal dificuldade reside nas severas não-linearidades presentes nos atuadores robóticos e nas próprias estruturas flexíveis. é proposto neste trabalho um controlador neural para o rastreamento de sinal de um robô com um elo flexível. Por meio de uma análise do tipo Lyapunov-Like, as condições suficientes para a estabilidade do sistema de controle são determinadas. Adicionalmente, são estabelecidos limitantes para os erros de rastreamento e de identificação. O desempenho da estratégia de controle é avaliado e comparado com uma estratégia LQG via simulações, as quais foram efetuadas com o modelo não-linear obtido utilizando-se a abordagem de modelagem tipo discreta. Termos adicionais de atritos não-lineares foram incluídos na dinâmica de simulação para ilustrar a habilidade do controlador neural em compensar dinâmicas não-lineares não modeladas. Conclui-se que o desempenho da estratégia proposta é bem superior ao exibido pelo controlador LQG.

Este trabalho apresenta o projeto de um sistema de controle baseado no método do modelo de referência que pode ser usado em aeronaves de estabilidade variável. Sistemas de controle deste tipo são um dos pré-requisitos para se fazer simulações em vôo. Foram projetados um controlador a malha aberta baseado no método de Erzberger e um controlador a malha fechada baseado no método de Wu. Com relação ao método de Wu foram propostas duas modificações descritas na tese. É verificado que a lei de controle a malha aberta faz a maior parte da ação de controle, enquanto a lei de controle a malha fechada é usada para compensar efeitos de incertezas na dinâmica da aeronave hospedeira e de distúrbios externos. A metodologia de projeto de leis de controle utilizada em que há a atuação conjunta de leis de controle em malha aberta e de leis de controle em malha fechada gerou resultados satisfatórios no rastreamento da resposta de um modelo de referência e é considerada eficiente para o projeto de leis de controle de aeronaves de estabilidade variável.

A importância do sincronismo de tempo para aplicações distribuídas vem crescendo nos últimos tempos. Muitos protocolos de ajuste da hora e de sincronismo estão disponíveis atualmente, embora suas precisões sejam perturbadas por atrasos imprevisíveis adicionados sobre o caminho na rede. O protocolo de sincronismo mais utilizado é o NTP. O uso do NTP com GPS satisfaz a maioria das aplicações de sincronismo necessárias atualmente, embora, GPS tenha limitações. GPS não pode funcionar dentro de prédios, ou em lugares onde haja obstruções físicas e um alto nível de ruído eletromagnético. Em adição, GPS é uma solução que apresenta custo. Este trabalho apresenta uma nova abordagem para sincronizar tempo entre máquinas interconectadas por redes de computadores, a qual minimiza os distúrbios introduzidos pela rede sem nenhum custo adicional de hardware. A metodologia emprega relógios de alta resolução e métodos estocásticos para minimizar o erro introduzido nas medidas de tempo realizadas sobre a rede. O modelo apresentado também faz uso de uma abordagem adaptativa para sintonizar continuamente o mecanismo de sincronismo às características de tráfego na rede. Um aumento na precisão do sincronismo de tempo de duas ordens de grandeza foi alcançado em comparação ao método tradicional usado pelo NTP.

Este trabalho apresenta uma estratégia de controle digital baseada em um algoritmo adaptativo por modelo de referência aplicável a uma classe de sistemas lineares contínuos, cujas dinâmicas não são completamente conhecidas, e que estão submetidas a erros de modelagem e perturbações externas. O algoritmo adaptativo empregado, que consiste basicamente em manter constantes os parâmetros do controlador digital por N períodos de amostragem, é desenvolvido a partir da teoria de estabilidade de Lyapunov. Espera-se que a planta controlada tenha um desempenho satisfatório para os casos de ausência ou de presença de erros de modelagem e perturbações externas, e que seja capaz de resolver o problema da perda instantânea de persistência uma vez que a atualização paramétrica integra os valores dessas variáveis de excitação em intervalos de tempo de largura N. A partir da proposta do algoritmo adaptativo, é efetuado um rigoroso estudo teórico da estabilidade e da robustez do sistema de controle, de forma a permitir a aplicação dos conceitos desenvolvidos a sistemas similares, emprestando-lhes dessa forma um caráter de generalidade. Para a convergência paramétrica é necessário requerer que o sinal de entrada de referência externa seja persistentemente excitante (ou suficientemente rico), o que conduz ao vetor regressor da planta controlada também persistentemente excitante. No intuito de ilustrar os resultados alcançados, são apresentadas simulações da planta controlada na ausência e na presença de erros de modelagem e perturbações externas.

Neste trabalho é tratado problema de rastreamento estável de uma trajetória de referência para um modelo de helicóptero de laboratório com 3 graus de liberdade. Duas abordagens são consideradas no problema de controle: a primeira consiste em um compensador PID e a segunda compreende um controlador baseado na aproximação de uma dada função não-linear do sistema. No primeiro caso, é apresentado o compensador PID com o intuito de ilustrar o procedimento de parte do projeto utilizado para o controlador adaptativo, além de servir de referência para avaliação de desempenho. No caso do controlador adaptativo, são propostas duas estratégias de controle: uma Rede Neural Artificial (RNA) e uma Rede Wavelet com Bias (RWB) com adaptação estrutural, ambas combinadas a um compensador PD. A lei de controle proposta é capaz de compensar distúrbios desconhecidos e limitados, bem como dinâmicas não-modeladas do tipo não-estruturadas do helicóptero. O segundo método de Lyapunov é usado na obtenção das leis de adaptação para os pesos da rede, os quais são atualizados em tempo real, e da estabilidade do sistema de controle, garantindo erros de rastreamento pequenos e sinais de controle limitados. A estratégia baseada em uma RNA necessita de um ajuste prévio do número de unidades na camada escondida, enquanto que usando a RWB essa restrição é eliminada por um algoritmo de adaptação da estrutura da rede. A prova de estabilidade do sistema de controle é apresentada e resultados realistas de simulação são discutidos.

This research results from a cooperation program between research institutes of Brazil (ITA - São José dos Campos) and Germany (DLR - Oberpfaffenhofen). The global goal consists of three tasks: 1st) Analysisng the dynamics of elastic manipulators with emphasis for space applications. 2nd) Designing new adaptive control schemes for improving the manipulator performance. 3rd) Imprinting flight behaviour of space manipulators on ground using testbeds and simulation tools. Space manipulators, such as the European Robotic Arm (ERA), are light weight structures with elasticity in arms and joints, and with payload mass varying in a large range. DLR in Germany has set up a testbed, the Servicing Test Facility (STF), with a gravity-compatible replica of the ERA with counterbalancing weights. A 1:5 scaled prototype is ready and is called STF-P. These manipulators are modelled and simulated for testing new adaptive control schemes that have been developed for efficient reduction of settling time in space operation. The control design law supposes knowledge of damping (identified), mass moment of inertia (known) and the lowest eigenfrequencies, that depend also on the relative angle between upper and lower arms (links). Simplified models with exact solutions and more complex models with approximated solutions are discussed and compared for estimating these lowest eigenfrequencies with good agreement with experimental results (own and published by others). The controller has a feedforward part, that aims to make the arm to follow a given trajectory and a complementary feedback part actuates correcting the perturbations. The cases of a PI conroller for a motor velocity feedback enclosed by a P controller for load position feedback and PID controller for load position feedback only are specially studied. The design criterion is maximal distance between the imaginary axis of the system's root locus and the closest pole to it, but conceptions of relative stability are included. The poles are not strictly allocated, but their relative positions to each other are determined looking for fast step response with minimal overshoot. Numerical simulations and experiments with the STF-P and systems at the laboratories of ITA and INPE validate the results.

Este trabalho concerne à aplicação de teoria LQ para pilotagem de foguetes de médio porte controlados por desvio de jato. No sistema de controle proposto, os parâmetros são estimados usando um algoritmo mínimos quadrados padrão, na forma recursiva. O ângulo de ataque é obtido a partir de um observador de ordem reduzida. As outras componentes do estado são medidas diretametne por sensores. O estado é então realimentado com ganhos calculados usando a teoria LQ, para gerar o valor do ângulo de desvio de jato. São propostas duas formas de implementação desta estratégia: uma adaptativa e outra em "gain scheduling", sem usar a estimação de parâmetros mas sim o valor nominal destes. Os esquemas propostos foram extensivamente testados através de simulação digital usando um modelo completo de validação, incluindo termos não lineares e perturbações devidas ao vento.

Predictive control algorithms have found growing acceptance in academic and industrial applications. However, as every control methodology, it has drawbacks, which is the need for an appropriate process model to be available. Therefore, the controller may become limited in applications with nonlinear and time-varying dynamics. When the predictions are not satisfactory due to an inappropriate model, it would be convenient to have an adaptive mechanism to match the process model and the process dynamics. In this work, SISO and MIMO formulations of indirect adaptive predictive control are implemented online to control an industrial tank level plant where process and heating tanks are operated. The experiments were carried out in conditions that are typical of an industrial situation, where the plant is nonlinear, multivariable and time varying. Results from the simulations and from the online implementation showed that the predictive control algorithm is limited when its predictive model is not representative and by implementing an adaptive mechanism these limitations have been overcome. Therefore, results show that the adaptive predictive controller outperforms the predictive controller when operating the industrial tank level plant, highlighting its potential as a solution for industrial control problems.

Este trabalho focaliza o modelamento teórico via grafos de ligações (bond-graphs) e a identificação experimental do modelo dinâmico de uma servo-válvula eletro-hidráulica de controle de pressão. A servo-válvula possui dois estágios de controle, onde o primeiro estágio é um sistema com duplo bocal-palheta, controlado por um motor de torque a solenoide e o segundo estágio é um sistema com camisa-carretel comandado pelo primeiro. Um modelo de grafo de ligação multi-pórtico é proposto para se determinar as equações não lineares do sistema eletro-hidromecânico. O sistema é então linearizado para se desenvolver uma função de transferência entre a entrada de corrente e a pressão no pórtico de saída; a manipulação simbólica para a obtenção da referida função foi realizada através do software MATHEMATICA. Uma montagem experimental foi implementada para estudos de validação do modelo dinâmico teórico. Esta montagem consiste na alimentação da servo-válvula com uma fonte de pressão constante; no pórtico de utilização foi conectada uma impedância hidráulica para simular a carga no sistema. Um microcomputador PC compatível dotado de conversores AD/DA é utilizado para monitorar a corrente de excitação e a pressão de saída do sistema, sendo a excitação de corrente gerada via "software" SISDIM e a aquisição dos dados de entrada e saída via placa AQDADOS. O "software" MATLAB foi utilizado para ajuste das séries temporais de entrada e saída e identificação de um modelo ARX (auto regressivo exógeno) do sistema eletro-hidráulico. A comparação dos valores numéricos dos coeficientes da função de transferência experimental com as expressões algébricas dos coeficientes da função de transferência teórica nos fornecerá os parâmetros do sistema hidráulico. Finalmente foi realizada uma análise de sensibilidade do modelo estudado com utilização do software VISSIM.

O trabalho trata do controle adaptativo de sistemas estocasticos com parametros desconhecidos e variantes aleatoriamenteno tempo. Para tais sistemas, o problema de controle otimo e de dificil solucao devido a intratabilidade da equacao de programacao dinamica associada. Muitas estrategias subotimas de controle foram propostas, utilizando a propriedade dual da lei de controle otimo e simplificando sua solucao. As principais estrategias sao discutidas e analisadas. Desenvolveu-se controladores cuja funcao custo a ser minimizada considera a soma das variancas das saidas M passos adiante no tempo. Preditores otimos aproximados sao utilizados para substituir as saidas futuras que sao necessarias para a solucao do problema de otimizacao. As consequencias desta simplificacao sao investigadas. Obteve-se a formula para o sinal de controle do Controlador Adaptativo Subotimo Dual de M estagios com Preditores Otimos Aproximados aplicado a sistemas com parametros estocasticos e com atraso de transporte. Outras estrategias de controle subotimo adaptativo dual mais simples foram obtidas. As relacoes entre os controladores desenvolvidos no trabalho e outros controladores subotimos duais sao analisadas utilizando simulacoes Monte Carlo e metodos estatisticos. Usa-se um exemplo de simulacao classico encontrado na literatura e um outro exemplo de controle adaptativo da pressao arterial de um paciente no periodo pos-operatorio.