A proposição deste trabalho é combinar método numérico e simbólico existentes para detecção de faltas em sistemas dinâmicos de controle automático. É utilizado modelo analítico quantitativo do tipo algorítmico, juntamente com uma abordagem qualitativa baseada em conhecimentos heurísticos disponíveis, de modo a permitir uma avaliação eficaz de todas as informações para diagnóstico de falta de sensores e atuadores. O processo de detecção, isolação e acomodação de faltas utilizado é baseado em modelos matemáticos e consiste essencialmente de dois estágios: geração de resíduos e tomada de decisão. Para a geração de resíduos fez-se uso do método de redundância analítica, uma vez que esta tem sido reconhecida como uma técnica efetiva para tal finalidade. Visto que o desempenho de todos os algoritmos de detecção e isolação de faltas são influenciados pela presença de incertezas de modelo, existe a necessidade de otimizar a geração de resíduos tal que o processo de detecção seja o mais robusto possível. O processo de tomada de decisão fica a cargo do sistema especialista implementado utilizando-se um banco de regras formulado heuristicamente e processado por um mecanismo de inferência já embutido na linguagem OPS-5. O sistema especialista faz uso dos resíduos gerados e busca pela presença de faltas. Uma vez detectada uma falta, esta será isolada dando início assim ao processo de acomodação que consiste na tomadas de atitudes que permitirão ao sistema: a) continuar operando sob as mesmas condições anteriores; b) ou deslocar para uma outra condição de operação aceitável; c) ou iniciar um processo de shutdown. Os resultados obtidos foram satisfatórios demonstrando as vantagens da utilização de métodos simbólicos associados a métodos numéricos na detecção, isolação e acomodação de faltas em sistemas dinâmicos de controle automático.

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

Operações em aeronaves a baixas altitudes são freqüentemente afetadas por turbulências e rajadas fortes de ventos (especialmente as verticais), que produzem forças aerodinâmicas e momentos resultando em desconforto aos ocupantes da aeronave, bem como em acelerações adicionais e cargas estruturais extras para o avião. O objetivo deste trabalho é melhorar o conforto dos passageiros e tripulação atenuando os efeitos causados por esses distúrbios atmosféricos indesejáveis, atuando sobre o profundor localizado no estabilizador horizontal e sobre certas superfícies de controle longitudinal do avião (DLC - flaps: Direct Lift Control-flaps) localizados nas asas. Utilizando a tecnologia de Controle Ativo baseado na teoria de controle H-infinito foram projetados controladores para dois problemas: um, sem considerar a medida dos ventos e outro, considerando a medida dos ventos incluindo os ruídos destas medidas, a fim de atender o objetivo especificado. O trabalho apresenta uma breve descrição do modelo matemático adotado, da técnica de projeto do controlador e, alguns resultados de simulações para aeronave de pesquisas "ATTAS" (Advanced Technologies Testing Aircraft System) pertencentes ao "DLR" (German Aerospace Research Establishment)

Em aplicações de Aprendizagem por Reforço tais como a navegação de robôs autônomos, o uso de opções (macro-operadores) no lugar de ações de baixo nível tem sido considerado como um meio para produzir convergência mais rápida e uma exploração mais significativa do espaço de estados.Esta dissertação apresenta um estudo sobre a utilização de opções em Aprendizagem por Reforço com o objetivo de encontrar formas para acelerar o processo de aprendizagem. São abordados dois tipos de opções, opções OP e OS. Uma opção OP corresponde a uma política de ações que depende de todos os estados visitados durante a execução da opção, sendo que uma política de ações mapeia uma ação para cada estado do ambiente. O segundo tipo de opções, cuja proposta é uma das principais contribuições do trabalho, corresponde a uma seqüência fixa de ações, que depende exclusivamente do estado em que a opção foi disparada. O desempenho das opções OP e OS foi comparado através da realização de experimentos com o simulador do robô móvel Khepera usando-se o algoritmo de aprendizagem Q-Learning. Também foram realizados experimentos com as opções OP e uma adaptação do método de Campos Potenciais, no qual cada opção OP corresponde a um mapeamento de ações que podem aproximar o agente do seu alvo ou fazer com que o mesmo desvie de obstáculos. Para finalizar os estudos, algumas técnicas conhecidas na literatura que possibilitam melhoras na aprendizagem com opções OP, tais como o Término Melhorado e a utilização de Hierarquias foram aplicadas às opções OS. A primeira técnica possibilita que a execução de uma opção seja interrompida sempre que isto pareça ser melhor que ir até o final da mesma e a utilização de hierarquias permite uma categorização de comportamentos, fazendo a chamada de determinados comportamentos apenas quando estes forem necessários. Os resultados desta última fase experimental também são relatados na dissertação.

Uma ferramenta chamada XPERIMENT, baseada em algoritmos de otimização, foi desenvolvida no ITA durante a última década para projetar sistemas de controle assistido por computador. No entanto, em problemas de otimização que demandam um alto esforço computacional, métodos padrões de otimização (entre eles estão os métodos utilizados no XPERIMENT) muitas vezes não produzem resultados em um tempo/custo aceitável. Uma metodologia para resolver este tipo de problema foi desenvolvida nesta tese. A solução é obtida através do uso de aproximações da função real, cujo cálculo (e otimização) exige um esforço computacional menor. Tais aproximações são chamadas funções ``surrogate''. Exemplos de funções que podem ser utilizadas como funções surrogate são redes neurais e interpoladores polinomiais. O uso de funções surrogate resulta na redução do tempo computacional necessário para determinar uma solução para o problema original (não o aproximado). Resultados numéricos mostram este fato. Para aumentar a capacidade do XPERIMENT de executar projeto de sistemas de controle assistido por computador, funções surrogate foram incorporadas ao XPERIMENT.Esta tese também descreve um algoritmo de determinação de modelos difusos tipo Takagi-Sugeno-Kang. Este método, baseado em pares de dados entrada-saída do sistema, determina as funções de pertinência e o conjunto de regras difusas. Um sistema não-linear instável em malha aberta é usado para ilustrar o algoritmo. Os resultados obtidos mostram a capacidade do algoritmo em identificar um modelo difuso e também mostram que o método pode ser utilizado em outras aplicações. Contudo, o desempenho do sistema difuso inicialmente determinado pode ser melhorado. Isso pode ser feito otimizando os parâmetros que definem o modelo difuso através do XPERIMENT. Outra possibilidade a ser investigada em trabalhos futuros é utilizar o modelo difuso determinado através de pares de dados entrada-saída como uma função surrogate.

Nos últimos anos a indústria automotiva vem passando por problemas causados pela complexidade dos equipamentos eletrônicos existentes nos veículos e pela falta de pa- dronização. Praticamente não existem componentes que sejam 100% compatíveis entre veículos de fabricantes diferentes. Para resolver este problema foi criado o consórcio AUTOSAR, que especifica uma plataforma padrão para o software usado nos componentes eletrônicos dos veículos. Este trabalho apresenta o padrão AUTOSAR, implementa o protocolo FTT-CAN (Fle- xible Time-Trigger Controler Area Network) como um barramento de comunicação se- guindo a especificação AUTOSAR e propõe a utilização deste barramento como meio de comunicação entre as ECUs de um sistema automotivo. Esta implementação resultará em maior flexibilidade, segurança e determinismo temporal para a comunicação entre os componentes deste sistema. A utilização do FTT-CAN permitirá a inserção de novos mó- dulos e novas mensagens na rede sem a necessidade de redefinição manual e offline da tabela de escalonamento, o que permitirá o desenvolvimento de aplicações plug-and-play em sistemas automotivos. A dissertação apresenta uma nova abordagem para hot-plug de novos nós na rede FTT- CAN, o estudo de caso e análise do desempenho deste sistema implementado em relação a suas características de tempo real.

O projeto de controladores baseado em dados tem como finalidade o ajuste dos parâ- metros de controle através de experimentos realizados no sistema, sem considerar mode- los que descrevem a dinâmica ou identificação do processo. Na literatura existem diferen- tes abordagens para este tipo de controle, e a análise e a aplicação de um destes métodos é o propósito desta dissertação. O objetivo deste trabalho é apresentar uma melhoria ao mé- todo de sintonia de controladores baseado em Referência Virtual (VRFT) para sistemas multivariáveis (MIMO), visto que a metodologia apresentada na literatura limita a apli- cação do método a uma classe restrita de processos. A metodologia de controle baseado em dados pode ser considerada consolidada para implementação em sistemas monovariá- veis, porém a extensão desta metodologia a sistemas MIMO é uma necessidade a fim de acrescentar a aplicabilidade em processos cujas diferentes variáveis a serem controladas interferem umas nas outras. Diferente do método apresentado na literatura, o método pro- posto neste trabalho permite a aplicação do VRFT em sistemas MIMO onde os requisitos de desempenho podem ser escolhidos de forma específica para cada variável. Além disso, a utilização de variável instrumental e/ou um filtro mostram-se adequadas para estimar os controladores quando os dados são afetados por ruído. Considerando que a eficácia da metodologia depende de fatores como as características da planta, o modelo de referên- cia e estrutura do controlador escolhidos, e a presença ou não de ruído, realiza-se uma comparação de resultados a fim de avaliar as melhorias obtidas. Finalmente, testes foram conduzidos em uma planta de nível do laboratório de controle, implementado o método proposto, o qual apresentou um desempenho satisfatório mostrando a aplicabilidade desta metodologia em sistemas reais. / Data-driven control methods are a variety of control designs that are developed to use batches of input-output data collected, from the process to be controlled without mak- ing explicitly use of parametric models of these processes. Although data driven control methods have been largely used in SISO systems, the extent of this methodology to mul- tivariable processes is yet a necessity, considering that the control design must take into account the multivariable nature of the process, that is, the interaction between different variables involved. The analysis and application of one of these methods is the main objective of this work, which is intended to present and improvement to the existing Virtual Reference Feedback Tuning Method (VRFT) for Multivariable systems, since the methodology disclosed in the literature restricts the application to a limited class of pro- cesses. Moreover, in this work it is proposed an extension of the VRFT method to the MIMO case, which does not present restrictions and closed loop performance of each variable can be determined accordingly. The method can be used to tune a centralized or decentralized controller. Furthermore, when the signals are corrupted by noise the use of an instrumental variable and/or an appropriate filter is proposed. All these contributions are demonstrated through simulations as well as tests conducted in a real plant, which showed satisfactory performance demonstrating the applicability of this method in real systems.

A demanda mundial de minério de ferro tem aumentado consideravelmente nos últimos anos e mais recentemente tem sofrido queda do valor de venda, provocando a necessidade de melhoria de desempenho das instalações de beneficiamento mineral. A automação de processos é uma das áreas que promove esta melhoria de desempenho, uma vez que as estratégias de controle automatizadas reduzem a variabilidade dos processos a partir da minimização da interferência do operador. A automação mantém o sistema sobre vigília todo o tempo reproduzindo as ações do operador, padronizando-as em uma frequência que não seria possível para seres humanos. Estas estratégias, normalmente, são definidas empiricamente a partir de experiência e do conhecimento dos técnicos de operação. O objetivo geral do trabalho é propor um método científico para definição de estratégia de controle automático para um circuito de moagem, desenvolvido através da utilização de tecnologia de simulação de processos e análise multivariada. Objetivos específicos visam a obtenção de balanço de massas, granulométrico e de água do circuito de moagem (i) e de modelos matemáticos que descrevam o comportamento do circuito de moagem considerando as variáveis críticas (ii) e determinação estruturada de estratégia de controle automatizada de processo (iii). A otimização permitiu atingir a produtividade esperada, acima de 680t/h, a meta para a especificação granulométrica do produto, 50,0m, e atingir a meta de recuperação em massa, próxima de 90%. A sequência utilizada neste trabalho pode ser considerada como uma metodologia científica para definição de estratégias de controle automatizadas para processamento mineral. Este método poderá ser empregado em sistemas de grande importância como, neste caso, a moagem de minério de ferro. / The world demand for iron ore has increased considerably in the past years and most recently the sale value has decreased, causing the need for performance improvement of mineral processing facilities. Process automation is one of the areas that promote this performance improvement since the automated control strategies reduce process variability by minimizing the operator interference keeping the system under constant surveillance all the while reproducing the operators’ actions, standardizing them in a frequency that would not be possible for humans. These strategies are usually defined empirically from experience and knowledge of operating technicians. The overall objective of this study is to propose a scientific method to define an automatic control strategy for a grinding circuit, developed through the use of processes simulation technology and multivariate analysis. Specific objectives aim to obtaining mass balance, particle size distribution and water in the grinding circuit (i), and mathematical models describing the grinding circuit behavior considering the critical variables (ii) and the structured determination of process's automated control strategy (iii). The optimization was able to achieve the expected productivity, above 680th, the target for particle size specification of the product, 50,0m, and achieve mass recovery target, close to 90%.The sequence used in this work can be considered as a scientific methodology to define automated control strategies for mineral processing. This method can be used in systems of great importance as, in this case, the iron ore grinding.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:59:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332304.pdf: 891756 bytes, checksum: 2a22c627634d49db4b7eeadea8af3c87 (MD5) / Nesta dissertação, propomos uma abordagem para a síntese local de supervisores modulares no contexto de sistemas a eventos discretos temporizados. O objetivo é reduzir o custo computacional na aplicação da teoria de controle supervisório a essa classe de sistemas, haja vista a dificuldade imposta pela explosão no número de estados dos modelos em sistemas de grande porte. Em grande parte dos problemas complexos envolvendo sistemas temporizados, a planta a ser controlada é composta de subsistemas que operam de maneira assíncrona a menos do compartilhamento de um relógio global. Ademais, o comportamento desejado é normalmente colocado na forma de especificações de controle elementares, cada uma das quais visa sincronizar e restringir o comportamento de apenas alguns dos subsistemas da planta. A ideia da metodologia de controle aqui apresentada é explorar tanto a modularidade das especificações quanto a do próprio sistema. Nossos supervisores são calculados com base em modelos locais, construídos pela agregação dos subsistemas que são afetados por cada especificação. Isso leva a módulos de controle nos quais a ação dos supervisores é relativamente simples, baseada apenas em informações locais, o que facilita sua compreensão, implementação e modificação. Apresentamos condições necessárias e suficientes sob as quais a ação conjunta dos supervisores locais leva o sistema a um comportamento global não bloqueante e que cumpre as especificações de forma ótima (minimamente restritiva). Mostramos, ainda, que a abordagem proposta reduz o custo computacional quando comparada a outras existentes. Por fim, um exemplo de interesse prático e com rígidas restrições temporais é resolvido, ilustrando a aplicabilidade da metodologia proposta.<br> / Abstract : In this thesis, an approach is proposed for the local synthesis of modular supervisors in the context of timed discrete-event systems. The objective is to reduce computational costs for the application of timed supervisory control, in face of the hindrances imposed by state explosion in the models of large scale systems. In a wide variety of complex problems involving timing issues, the plant to be controlled is composed of subsystems that work asynchronously except for the sharing of a global clock. Moreover, the desired behavior for the plant is usually represented by a number of elementary control specifications, each of which attempts to restrict and synchronize the behavior of only some of the system's components. The idea of our control methodology is to explore the modularity of both the specifications and the system itself. Our supervisors are designed over local models, which are obtained by aggregating the subsystems affected by each specification. This results in control modules with relatively simple supervisory actions, based only on local information, which makes the supervisors easier to comprehend, implement, and modify. We present necessary and suficient conditions under which the concurrent action of the local supervisors leads the system to a nonblocking global behavior that complies with the specifications in an optimal (minimally restrictive) way. We also show that the proposed strategy reduces computational efforts in comparison with existing ones. Finally, a practical problem with critical time restrictions is solved to exemplify an application of the proposed control methodology.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-10-10T04:15:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 348409.pdf: 7694994 bytes, checksum: 1f27d450854a4b448eb05b20f37494c0 (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho aborda o projeto do controle de estrutura variável (Variable Structure Control-VSC) com um horizonte estendido (Long-Range Predictive Control-LRPC) baseado no controlador de variância mínima generalizada (Generalized Minimum Variance-GMV). O projeto do controle por modos deslizantes (Sliding Mode Control-SMC) é utilizado para se obter uma lei de controle não linear que possui um termo chaveado e uma ponderação na ação do controle, com o intuito de melhorar a dinâmica de processos monovariáveis não lineares, garantindo seguimento de referência e rejeição de perturbação. Inicialmente é abordado o projeto clássico do SMC baseado no GMV (SMC-GMV). Em seguida, visando controlar diferentes processos, é apresentada duas extensões para o SMC-GMV: uma para a saída (variável) auxiliar ponderada e outra para a superfície de deslizamento. Na sequência, é mostrada a proposta do SMC baseado no LRPC (SMC-LRPC), ou seja, uma superfície com horizonte estendido, com o intuito de alcançar uma lei de controle sem utilizar identidades polinomiais. Levando em consideração as complexidades presentes em processos industriais como saturação na magnitude do sinal de controle e perturbações periódicas, foram abordadas técnicas para tratar esses fenômenos. Os controladores são sintonizados heuristicamente para garantir estabilidade e desempenho desejado em relação ao sistema de malha fechada. Simulações experimentais e numéricas em processos monovariáveis não lineares comprovam a eficiência dos controladores propostos. Índices de desempenho são utilizados para validar a eficácia dos controladores propostos.<br> / Abstract : This work deals with the variable structure control (VSC) design with an extended horizon predictive controller (LRPC) based on the generalized minimum variance (GMV) controller. The sliding mode control (SMC) design is used to obtain a nonlinear control law that has a switch term and a weighing in the control action, in order to improve the dynamic of nonlinear monovariable processes, reference tracking and rejection of disturbance. Initially, the SMC based on GMV project (SMC-GMV) is derived. Then, to control different processes two extensions of the SMC-GMV are presented. First, the weighted auxiliary output (variable) and second, the sliding surface. In the sequence, it is shown the proposal of SMC based on the LRPC (SMC-LRPC), that is, a surface with an extended horizon, with the intention of achieving a control law without using polynomial identities. Taking into account the complexities present in industrial processes such as saturation in the magnitude of the control signal and periodic perturbations, control techniques were developed to treat these complexities. The controllers are heuristically tuned to ensure stability and good performance over the closed-loop system. Experimental and numerical simulations in nonlinear monovariable processes show the efficiency of the proposed controllers. Performance indices are used to validate the effectiveness of the proposed controllers.