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.

Este trabalho descreve o desenvolvimento e a aplicacao de umambiente computacional grafico, interativo e integrado, baseado nosistema CATIA, para o projeto e a simulacao de movimentos dos robosmanipuladores de cadeia aberta. A implementacao da metodologia deprojeto no sistema e ilustrada atraves do projeto de um robo SCARApara montagem automatica de componentes. Como o sistema CATIA naorealiza calculos da dinamica de robos manipuladores, algumas rotinasforam programadas e incorporadas ao sistema para permitir umambiente totalmente integrado de projeto.

Este trabalho descreve o projeto de um sistema robótico cooperativo industrial para instalação de prendedores utilizado no processo montagem estrutural de aeronaves. O sistema robótico cooperativo de montagem automática é constituído por dois manipuladores robóticos industriais e por efetuadores dedicados que realizam as tarefas de instalação de prendedores. O trabalho cooperativo entre os manipuladores é executado usando uma arquitetura de comunicação para permuta de dados e sinais. O manipulador robótico mestre carrega o efetuador para instalação dos prendedores e o manipulador escravo, o efetuador necessário para completar o processo. Os aplicativos de software de controle localizados em computadores industriais gerenciam as tarefas dos dois efetuadores e também o intercâmbio de dados. Os efetuadores e os controladores dos manipuladores industriais trocam informações entre si usando o protocolo OPC (OLE for process control). As tarefas cooperativas para executar o processo de instalação dos prendedores foram programadas na interface dos robôs utilizando comandos específicos de sincronização de movimentos e acoplamento geométrico. Experimentos foram projetados e executados para avaliar o funcionamento do sistema robótico cooperativo na execução de tarefas necessárias para a consecução do processo. Medições de posicionamento realizadas durante as rotinas de movimentos programadas para os robôs mostraram que a posição de um manipulador em relação ao outro tem variações máximas na ordem de 0,7 mm, compatíveis com os requisitos do processo de montagem estrutural aeronáutica.

Nos últimos cinquenta anos, compensadores do tipo proporcional integral (PI) vêm sendo extensivamente estudados, sendo o seu problema já bem entendido e amplamente aplicado na indústria. Este trabalho contribui com as pesquisas de desenvolvimento de sistemas de controle tolerante a falhas em sistemas com compensação PI, usando a técnica de alocação de controle. Uma das principais vantagens de se usar essa técnica é de que as restrições nos atuadores podem ser levadas em conta, além do que se um atuador falha em produzir seu controle efetivo, outro atuador pode ser usado para compensar e manter o sistema nas condições desejadas. São apresentadas diversas simulações em que variáveis da aeronave são rastreadas, e são simulados travamentos de superfícies do ADMIRE, um modelo de simulação de uma aeronave desenvolvido pela Agência de Pesquisa Aeroespacial Sueca (FOI). Os resultados mostram que a alocação de controle é capaz de redistribuir os comandos entre as superfícies remanescentes e manter a aeronave em condições estáveis de voo.

A aviação ultraleve e experimental são segmentos da aviação geral que conquistam cada vez mais espaço no mercado mundial. Os motivos mais influentes para esse crescimento são o baixo custo de aquisição e operacional da aeronave, a pequena burocracia envolvida para obtenção das licenças de piloto e o pequeno número de horas necessárias para o voo de cheque. Justamente pelo treinamento ainda não ser tão rigoroso como costuma ser nas outras áreas da aviação, muitos pilotos acabam cometendo erros fatais que poderiam ser evitados de alguma forma. A perda de controle, mais especificamente o estol, é o caso que representa o maior índice de fatalidades no ramo aeronáutico. A proposta deste trabalho é projetar um controlador capaz de proteger o avião contra o estol, limitando seus máximos ângulos de atitude longitudinal, lateral e velocidade mínima. Primeiramente, a aeronave é analisada em malha aberta para verificar a necessidade de sistemas de aumento de estabilidade segundo critérios de qualidade de voo. Os ganhos dos controladores são definidos através de requisitos de estabilidade e desempenho como também suas respectivas barreiras de robustez. Para estabilidade robusta, serão consideradas as variações paramétricas da planta e também o primeiro modo flexível da aeronave. Para desempenho robusto, a barreira das baixas frequências será definida pelo vento.

O Instituto de Aeronáutica e Espaço do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial desenvolve foguetes de sondagem que transportam cargas úteis científicas e tecnológicas. Visando a segurança e o sucesso da operação de lançamento desses foguetes, diversos procedimentos são executados por operadores na fase pré-lançamento. Dentre eles, um operador atua em um painel de comando e monitoramento para testar e comutar o suprimento de energia elétrica das fontes externas para as baterias a bordo do foguete, antes de sua ignição. A função do operador consiste no chaveamento, leitura e verificação das tensões fornecidas pelas baterias a bordo. O monitoramento dessas tensões é de extrema importância, pois uma falha na detecção de possíveis defeitos nas baterias pode comprometer a segurança e o sucesso da missão. Caso um defeito seja detectado, o operador aciona uma sinalização de alarme que impede o lançamento. A conexão do painel é feita por um cabo umbilical que se estende da casamata até o foguete. A exposição do cabo umbilical dentro da casamata configura uma situação de perigo, pois acidentes que envolvam esse cabo podem causar danos nos sistemas elétricos do foguete. A extensão do cabo implica em atenuações das tensões fornecidas e exposição a ruídos de origem elétrica. O presente trabalho tem como objetivo eliminar a situação de perigo citada e reduzir falhas de monitoramento do operador. Desenvolveu-se uma unidade de aquisição e atuação que recebe comandos remotos de uma estação de trabalho já existente na configuração atual formando um sistema computacional. A utilização desse sistema substitui o painel de comando e monitoramento com vantagens, pois alivia a carga de trabalho do operador através da execução rápida e automática dos procedimentos efetuados nos testes pré-lançamento. A possibilidade de instalação da unidade de aquisição e atuação em local remoto promove confinamento do cabo umbilical, reduzindo as situações de perigo, a atenuação das tensões fornecidas e a exposição a ruídos. Este trabalho apresenta um hardware microcontrolado e interfaces associadas, bem como o estudo e a especificação de um protocolo de comunicação confiável para aplicação no sistema proposto. Serão apresentados os resultados obtidos com a implementação desse protótipo de testes.

Neural networks, control and systems theory and techniques are utilized in this work to improve the accuracy of measurement instruments. Contributions can be classified by subject under the major field they belong to. One contributions is the mathematical formulation of instruments based on system approach; it permits the global treatment of the measurements system without particularizing parts or having to specify the cause of the problems. Therefore, it guarantees that the advantages of systems approach are reached. Another contribution is the utilization of neural networks as estimators or as neurocontrollers. The neural estimators of measurement system functions are called emulator herein. Within this context the second method of Lyapunov is employed to study the stability and tracking of the system, resulting in a compensating measurement system with self adjustment. Another contribution is a basic procedure to building neural networks in a way that their capability to universal approximation to continuous functions is taken advantage of. Methodologies used in neural networks are reviewed, they are used to choosing the topology of the neural network and the number of hidden neurons. The innovation of this procedure is the utilization of polynomial interpolation theory, more specifically the Chebyshev theorem. It determines the size of the training set and indicates the elements of this training set to achieve the desired accuracy.

Neste trabalho é tratado o problema de controle adaptativo de robôs móveis com rodas e com acionamento diferencial. Os modelos cinemático e dinâmico são considerados, bem como distúrbios desconhecidos e limitados, dinâmica não modelada do tipo não estruturada e atrito. O controlador estudado é constituído de um controlador cinemático, baseado em coordenadas polares, e um controlador dinâmico, utilizando: Rede Neural Artificial (RNA), Rede Wavelet (RW) e Rede Wavelet com Bias (RWB). Nenhuma das estratégias necessita de treinamento prévio e os pesos e bias são adaptados on-line. As leis de adaptação são obtidas via análise de estabilidade baseado no segundo método de Lyapunov. As estratégias que utilizam RNA e RW necessitam do ajuste do número de neurônios (ou número de wavelons, para a RW) da camada escondida. Esta restrição é eliminada através de um algoritmo de adaptação estrutural proposto para a estratégia de controle utilizando RWB. É também efetuado um estudo sobre a estabilidade do controlador cinemático baseado em coordenadas polares para situações onde o ponto de guiagem não está localizado no ponto médio do eixo de rodas. Resultados de simulação são apresentados para situações de rastreamento e estabilização em um ponto. Comparações de desempenho são feitas utilizando resultados de um controlador baseado em realimentação linearizante, onde todos os parâmetros são supostos conhecidos.

Neste trabalho é feito um estudo dos métodos de telemetria aplicados a curtas distâncias. É particularmente discutido o problema para o caso de testes em estruturas de lançadores de satélite e seus componentes. Os sistemas a serem testados e parte do equipamento de teste não podem estar em contato físico com o equipamento de controle e coleta de dados do teste. Em seguida, é feita uma análise das características de uma cadeia de medição, sendo proposto um sistema de aquisição de dados e controle baseado em telemetria óptica, com uma análise de cada parte que compõe o sistema, demonstrando-se a adequação de tal sistema à solução do problema. Finalmente apresenta-se uma implementação para a utilização em uma mesa de ensaios rotativos da seção de ensaios dinâmicos do Instituto de Aeronáutica e Espaço.

Este trabalho ampliou e aprofundou os estudos iniciais que alicerçaram a proposta de um novo modelo de rede neural artificial, a GasNet ([Hus1998], [HSO+1998], [HSJ+1998], [PHO1998] e [HSO2001]), cuja principal particularidade é a emulação de comunicação via moduladores químicos difusos. Em sua origem, o modelo GasNet foi aplicado na evolução bem sucedida de controladores para robôs móveis autônomos, oferecendo vantagens em relação ao tempo de convergência e grau de compactação das redes criadas, quando em comparação à evolução empregando modelos de redes tradicionais. As pesquisas realizadas aqui questionam, no entanto, o papel efetivo da atividade química do sistema, mostrando que versões simplificadas de GasNets, em que o substrato químico encontra-se desativado, são computacionalmente menos onerosas e fornecem similaridade, ou até equivalência de desempenho com as GasNets. O trabalho se baseou em experimentos computacionais com três problemas-teste onde a GasNet não tinha sido aplicada anteriormente, todos de natureza discreta, e no problema original usado na proposição da GasNet, o qual é de natureza contínua. Resultados obtidos demonstram que processos de estabilização dinâmica podem ser incorporados à GasNet, de modo a torná-la operacional em domínios discretos, e em domínios contínuos que apresentem limitações em sua capacidade de continuidade. Em geral, os resultados ampliam o conhecimento disponível sobre esse novo tipo de rede, em vários de seus aspectos, em particular, provocando uma releitura dos resultados já existentes na literatura, de modo a incorporar suas limitações, conforme evidenciadas na pesquisa, e traçando novas direções, indicativas de caminhos que devam ser seguidos nos desenvolvimentos subseqüentes da GasNet. ]