A nonlinear flight control system is proposed for a conceptual flexible aircraft using Backstepping technique to achieve global stability in the rigid and flexible dynamics. It is introduced a controller to lead the model to a rigid-body model approximation, minimizing structural dynamics effects using static Backstepping approach, that system can be called as flexible modes suppressor. Afterward, it is applied a controller with an internal loop involving the angular rates of the aircraft and an external loop which includes pitch angle, sideslip angle and bank angle without the two-timescale assumption to separate slow and fast dynamics and without consider aerodynamics forces and moments increments caused by structural dynamics. In addition, external looping are built using Backstepping for first order systems in order to control aircraft course and altitude, the results are reference inputs to be introduced in the previous loop developed for rigid body control. Also, it is implemented a separate controller to track velocity using Backstepping approach, as a result, aircraft autopilot system is completed. Nonlinear six degree of freedom simulation results for a conceptual model of a medium size jet, like Embraer 190/195 and Boeing 737-200/300, are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed control law in several conditions. It is assumed that the aerodynamics coefficients are fixed and the model presents augmented flexible features.

Este trabalho descreve o projeto, a modelagem dinâmica, a simulação computacional em malha aberta e fechada e a identificação experimental dos modos de vibração de um manipulador robótico híbrido com três juntas revolutas, dois elos rígidos e um flexível. O modelo dinâmico do sistema foi obtido via aplicativo MATHEMATICA, utilizando as equações de Lagrange e método dos modos assumidos. O algoritmo para obtenção do modelo foi validado através do estudo de caso de um pêndulo móvel flexível. As simulações computacionais foram feitas no ambiente MatLab / Simulink. A estratégia Torque Computado Generalizado foi utilizada em simulação para o controle de posição da manípula. Finalmente, foram realizados experimentos de identificação dos modos de vibração da planta física e os resultados obtidos comparados com aqueles previstos teoricamente.

Este trabalho apresenta a formulação para a modelagem, a identificação e o controle ativo de vibrações em estruturas flexíveis. A técnica utilizada é a formulação generalizada de Lagrange. Para análise dos resultados deste trabalho foi montado um protótipo que consiste de duas vigas flexíveis acopladas a um cubo rígido o qual é atuado por um motor DC. Utilizando-se sensores do tipo extensômetros e acelerômetros, distribuídos ao longo da estrutura, obtém-se as deformações para realimentação de informações para o controlador. O controle é realizado em tempo real no ambiente MATLAB.

Esta tese trata da aplicação de múltiplas redes neurais em sistemas mecatrônicos. É mostrado que as múltiplas redes neurais devem ser treinadas em seqüência, tal que aprendizado acumulativo possa ser obtido sem a necessidade de um coordenador geral. Este método de treinamento pode manter o aprendizado já adquirido pelas redes neurais, que foram treinadas primeiramente, enquanto novo aprendizado pode ser obtido pelas redes neurais, que foram adicionadas e treinadas posteriormente. A saída de todas as redes é simplesmente somada para produzir a saída da estrutura neural. A estrutura proposta de múltiplas redes neurais é aplicada em dois tipos de sistemas mecatrônicos: a) para controlar a posição de um sistema com uma haste flexível e b) para criar uma matriz de representação comprimida, que é usada no planejamento de trajetórias de um robô móvel considerando o desvio de obstáculos dinâmicos. Para o sistema com uma haste flexível, o uso de múltiplas redes neurais em três tipos de estruturas de controle do tipo Feedback-Error-Learning é investigado: IDML (Inverse Dynamic Model Learning), NRL (Nonlinear Regulator Learning) e Referência Atrasada. Para o problema de planejamento de trajetórias de um robô móvel, primeiramente a técnica Reinforcement Learning é usada para adquirir o aprendizado necessário na decisão de como desviar de obstáculos dinâmicos. Este aprendizado é codificado em uma matriz. Então as múltiplas redes neurais são usadas para criar uma representação mais comprimida desse aprendizado com uma pequena degradação da resolução.

FSMS, abreviação de "Flexible Structure mounted Manipulator System", é um micro-manipulador (Mi-M) rígido montado serialmente na ponta de um macro-manipulator (Ma-M) flexível, de grande espaço de trabalho. Esta configuração é freqüentemente empregada para aumentar a capacidade de alcance do Mi-M, todavia, a flexibilidade do Ma-M interfere na precisão de posicionamento. O FSMS sub-atuado foi modelado através do método de modos assumidos e do Princípio Estendido de Hamilton. Apresentou-se uma lei de controle não-linear, baseada no modelo, capaz de amortecer ativamente o elo flexível. Foi descrita a montagem experimental de um Mi-M suportado por uma viga flexível engastada na parede, base estacionária, montado no Laboratório de Mecatrônica da Universidade de Taubaté (UNITAU). Apesar do modelo descrito ser estacionário, o seu estudo é bastante relevante do ponto de vista de operação de um FSMS genérico. Foram realizadas simulações no ambiente SIMULINK / MATLABÒ do modelo, sem e com o controle ativo. Comparou-as com a implementação em tempo real. Desta comparação, depreendeu-se facilmente que o modelo do FSMS corresponde ao sistema real e que o Mi-M é acionado, com movimento controlado, após absorver uma determinada perturbação, cancelando-a ativamente. O amortecimento é devido a forças e torques de interação inercial agindo entre o Mi-M e a viga flexível. As principais contribuições deste trabalho foram a implementação de uma metodologia para a geração automática, simbólica ou numérica, do modelo de robôs híbridos tipo FSMS e a obtenção das coordenadas modais, não-mensuráveis, por meio da manipulação algébrica das FT's dos sensores acelerômetro e estensômetro.

Este trabalho apresenta uma forma de integração dos programas ADAMS (marca registrada), ANSYS (marca registrada) e MATLAB (marca registrada), com o objetivo de se obter um modelo matemático linearizado de um sistema mecânico multicorpo com elos flexíveis. O modelo obtido é utilizado, no ambiente MATLAB (marca registrada), para o desenvolvimento de estratégias de controle ativo para amortecimento vibracional e controle posicional do sistema flexível. Esta integração é aplicada a um exemplo prático representativo de uma estrutura espacial tipo satélite com painéis flexíveis. O estudo é realizado em duas etapas complementares. A primeira etapa compreende a inclusão das características de flexibilidade dos apêndices do sistema modelado no ADAMS (marca registrada), através da discretização usando o método de elementos finitos no programa ANSYS (marca registrada). A segunda etapa consiste na obtenção de um modelo matemático linearizado no ambiente ADAMS (marca registrada), e a sua utilização no projeto de controle ativo de vibração usando o programa MATLAB (marca registrada). O controlador projetado no ambiente MATLAB (marca registrada) é transportado para o ambiente ADAMS (marca registrada) visando a comparação dos resultados simulados obtidos no MATLAB/SIMULINK (marca registrada) com os obtidos no ambiente gráfico do ADAMS (marca registrada). Estudos de validação dos resultados simulados foram realizados comparando-se os resultados teóricos com dados experimentais obtidos em laboratório.

O objetivo deste trabalho é descrever o projeto, e implementação experimental, e o estuda da dinâmica para controle ativo de um Sistema robótico montado sobre uma estrutura flexível (FSMS). O sistema consiste de um manipulador cilíndrico de três graus de liberdade, e de uma viga flexível acoplada a sua extremidade. Um manipulador rígido de um grau de liberdade é acoplado à extremidade livre do elo flexível do macro manipulador. A modelagem dinâmica e a análise modal experimental no domínio da freqüência, são aplicadas para projetar o controle digital para o micro manipulador, com o objetivo de minimizar as vibrações mecânicas da estrutura flexível do macro manipulador, induzidas durante o movimento do micro manipulador.