Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas / Made available in DSpace on 2012-10-26T07:24:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 299993.pdf: 5869299 bytes, checksum: b1b940668c7af2f4dc761162dab1f13f (MD5) / Com o crescimento do mercado de consumo e a criação de novos produtos tem levado a um aumento na demanda pela contratação de provedores de serviços logísticos especializados. Quando os provedores logísticos trabalham dentro de um ambiente de redes estratégicas muito voláteis, como é o caso das organizações virtuais (OV), cresce sensivelmente o grau de dificuldade para selecionar os provedores mais apropriados para cada oportunidade de negócio que surge. Quando a produção dos vários membros de uma OV envolve a distribuição física de produtos e subprodutos, o processo de criação da OV demanda a seleção tanto de parceiros ditos industriais (responsáveis pela manufatura em si) como de parceiros ditos logísticos (responsáveis pela movimentação, armazenamento intermediário e transporte dos produtos). Porém, diferentemente das redes menos voláteis, como as cadeias de suprimentos tradicionais, os parceiros logísticos que irão compor a OV não são fixos, já que a seleção depende do tipo do negócio, do cliente e seus desejos/exigências, das legislações e regulamentações que regem o país ou a região tanto do cliente como das indústrias/empresas, dentre outras restrições. Assim, uma adequada escolha dos parceiros logísticos, assim como a necessidade de uma mais estreita colaboração entre os parceiros industriais e logísticos, passa a ser fundamental a fim de garantir que os requisitos gerais do negócioda OV sejam melhor atingidos. Observou-se na literatura pesquisada que praticamente todos os trabalhos sobre seleção de parceiros para OVs focam especificamente na seleção dos chamados parceiros industriais, desconsiderando a seleção dos parceiros logísticos, que complementam a composição da cadeia de valor. Se baseando numa abordagem de medição do desempenho, esta tese propõe um modelo de KPI (Key Performance Indicator) e um método de suporte à seleção dos parceiros logísticos mais adequados a uma dada OV, que usufrui da experiência dos tomadores de decisão para a seleção final. Uma das principais vantagens deste método é a sistematização de todo o processo de seleção de parceiros. O modelo de KPI é constituído por quinze indicadores estratégicos,que contempla não apenas a perspectiva intra-organizacional, como também a inter-organizacional.A sugestão dos parceiros se dá fundamentalmente através do cálculo do nível de colaboração, um conceito inédito desenvolvido neste trabalho, que avalia ponderadamente o desempenho de cada parceiro com base nos seus históricos. O trabalho é validado através de um protótipo computacional que implementa a proposta, avaliada junto a um grupo de especialistas nas áreas correlatas. / With the growth of the consumer market and the creation of new products has led to an increase in demand for hiring specialized logistics service providers.When the logistics providers work in a very volatile strategic network environment, as is the case of virtual organizations (VOs), significantly increases the difficulty to select the most appropriate providers for each business opportunity. When the production of several members of an OV involves the physical distribution of products and byproducts, the process of creating the OV selects the industrial partners (responsible for manufacturing itself) and thelogistics partners (responsible for handling, storage and transport of intermediate products). However, unlike the less volatile networks such as the traditional supply chain, logistics partners that make up the OV are not fixed, since the selection depends on the type of business, customer and their desires / requirements of laws and regulations governing the country or region of both client industries / businesses, among other restrictions.Thus, an appropriate choice of logistics partners, as well as the need for closer collaboration between the industrial and logistics partners, becomes crucial to ensure that the general requirements of the business of OV are best achieved.It was observed in the researched bibliographythat virtually all work on selecting partners for OVS focusing specifically on the selection of so-called industrial partners, disregarding the selection of logistics partners that complement the composition of the value chain.Based on performance measurement, this thesis proposes a model of KPI (Key Performance Indicator) and a method to support the selection of logistic partners best suited to a given VO, which enjoys the experience of decision makers for the final selection. One of the main advantages of this method is the systematization of the whole process of selecting partners.The KPI model is composed of fifteen strategic indicators, which includes not only the intra-organizational perspective,as well as inter-organizational. The partner suggestion process is given primarily by calculating the level of collaboration, a new concept developed in this work, thoughtfully evaluating the performance of each partner based on their historical.The work is validated by using of a computer prototype that implements the proposed and evaluated with a group of experts in related areas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2015. / Made available in DSpace on 2015-11-17T03:07:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 336040.pdf: 3832399 bytes, checksum: 12fc38d797828548fb103e26a5d6491b (MD5) Previous issue date: 2015 / Este trabalho desenvolve uma metodologia para a síntese e implementação do sistema de controle supervisório para sistemas de manufatura, integrando o programa de Controlador Lógico Programável (CLP), o SCADA e o roteamento de tarefas através da Teoria de Controle Supervisório (TCS). A abordagem modular local da TCS é utilizada para a modelagem da síntese formal e simulação de uma lógica de controle minimamente restritiva, representada através de um conjunto de autômatos de tamanho reduzido. Esses autômatos são usados tanto para a geração automática de código de CLP, quanto para a estruturação das diversas funcionalidades do SCADA. Um sistema complementar faz uso de heurísticas para a escolha do próximo comando a executar dentre aqueles habilitados pelo controle supervisório, buscando otimizar o roteamento de tarefas segundo algum critério de produção. A aplicação da metodologia a um sistema modular de produção didático mostrou que a abordagem proposta beneficia a sistematização, modularidade e estruturação do projeto do sistema de controle supervisório, assim como a eficiência, segurança e flexibilidade do sistema de manufatura.<br> / Abstract : This work aims to develop a methodology to synthesize and implement a supervisory control of manufacturing systems, by integrating a programmable logic controller (PLC), the SCADA (supervisory control and data acquisition) and the tasks routing by utilizing the Supervisory Control Theory (SCT). The local modular approach of TCS is used to model the formal synthesis and simulation of a minimally restrictive control logic, represented by a set of size reduced automatons. These Automatons are used either to automatically generate a PLC code or to structurate several functionalities of SCADA. A complementary system utilizes heuristics to decide the next command to be executed among those enabled by supervisory control, in order to optimize the tasks routing according to production criterion. The aplication of this methodology to a didatic modular production system shows that the proposed approach benefits the systematization, modularity and structure of the supervisory control system design, as well as it reinforces the efficiency, safety and flexibility of the manufacturing system.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:08:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345594.pdf: 61655913 bytes, checksum: 66fa1753ad69140db4729210a7a2a019 (MD5) Previous issue date: 2016 / Com a preocupação da sustentabilidade, avaliar em simulação o desempenho de sistemas de tráfego apenas em termos de fluidez não atende mais as expectativas de gestores e da sociedade. Há também a necessidade de medidas confiáveis de aspectos ambientais, como o consumo de combustíveis e a emissão de poluentes. Assim, é importante que simuladores incorporem modelos de consumo de combustível e de emissões que reflitam condições realísticas do tráfego. Neste trabalho, dois modelos de consumo de combustível foram calibrados e validados. O primeiro modelo é implementado no simulador de tráfego AIMSUN. O segundo é um modelo baseado em potência, implementado no simulador de tráfego SIDRA Trip. Os dados de vários sensores de diferentes tipos de veículos foram coletados via diagnóstico de bordo (on-board diagnostics - OBD). A partir desses dados, tem-se as informações operacionais dos veículos para a calibração dos modelos - velocidade e consumo de combustível instantâneos. A calibração do primeiro modelo foi realizada de quatro maneiras diferentes, em que foram aplicadas técnicas de regressão linear, fórmulas e orientações do manual do simulador AIMSUN. A calibração do segundo modelo foi realizada por meio de um processo iterativo sugerido no manual do simulador SIDRA Trip. Para validar a calibração dos modelos, o consumo de combustível medido e o estimado foram comparados utilizando ciclos de condução em áreas urbanas. Os resultados sugerem que a calibração dos modelos de consumo de combustível para simulação de tráfego com dados obtidos via OBD é satisfatória independente da técnica utilizada.<br> / Abstract : Due to the increased concern with sustainability, the performance of traffic systems in simulation on the basis of throughput does not meet managers and the society requirements anymore. Reliable measures of environmental aspects are also needed, such as fuel consumption and emissions. Therefore, traffic simulators are required to incorporate corresponding models that reflect realistic traffic conditions. In this work, two fuel consumption models were calibrated and validated. The first model is implemented in the AIMSUN traffic simulator. The second is a power-based model, implemented in the SIDRA Trip traffic simulator. Data from several sensors of different vehicle types were collected via on-board diagnostics (OBD). From these data, the vehicle operational information is available for the calibration - instantaneous speed and fuel consumption. The calibration of the first model was performed in four different ways, in which linear regression techniques, formulas and guidelines from the AIMSUN simulator's manual were applied. The calibration of the second model was performed with an iterative process suggested in the SIDRA Trip simulator's manual. For the validation of the calibration, measured and estimated fuel consumption were compared using driving cycles in urban areas. The results suggest that the calibration of fuel consumption models for traffic simulation with OBD data is adequate independent of calibration approach.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-05-23T04:12:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 345232.pdf: 6913108 bytes, checksum: a10bcbc2938268dd71217d40e5399b2a (MD5) Previous issue date: 2016 / O trabalho apresenta um veículo elétrico, sobre o qual é aplicado um controle de gerenciamento de energia. Para obter o veículo elétrico foi necessária a montagem de um powertrain elétrico composto por: um motor brushless, um inversor de frequência, um conversor CC-CC bidirecional, uma bateria e um supercapacitor. Os elementos do powertrain elétrico constituem uma micro rede onde é aplicado um controle gerencial do fluxo de energia. Este controle é aplicado utilizando um Processador Digital de Sinais, transdutores de corrente e tensão e uma rede CAN. A gestão de energia é desenvolvida baseando-se nos sentidos e intensidades das correntes e valores de tensão dos elementos armazenadores de energia. Os comandos de quais referências o sistema deve seguir são enviados via protocolo CAN2.0B. O controle e a estrutura são validados por testes práticos provando sua aplicabilidade.<br> / Abstract : This dissertation present a electric vehicle, where is to applied a energy management control. For obtain the electric vehicle was necessary the mount of a electric powertrain composed by: Brushless DC motor, a frequency inverter, a bidirectional DC-DC converter, a battery and a supercapacitor. The elements of the electric powertrain constitute a microgrid, where is applied a energy flux management control. This control is applied using a Digital Signal Processor, current sensors, voltage sensors and a CAN network. The energy managment is developed basing itself on currents intensity and direction and value voltage of the storage energy elements. The commands which references system should to follow are send by CAN2.0B protocol. The structure and control are validated by practice tests.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T11:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 269434.pdf: 2858553 bytes, checksum: a40fb9d6bf0b6863a34590d7ae283c8a (MD5) / A repartida de poços é um procedimento de alta complexidade. Em uma repartida mal executada, a vazão de líquido pode apresentar um comportamento oscilatório com variações bruscas, denominado #golfada severa#, o que é indesejável por diminuir a produtividade; atrapalhar o processo de separação, que ocorre à pressão constante; ou, até mesmo, levar ao desligamento do sistema. Atualmente, a repartida é realizada de forma manual, seguindo um caráter conservativo. A execução é baseada principalmente na experiência dos operadores, onde visa-se amenizar as golfadas até que o poço atinja o ponto de operação. A eficiência do procedimento é altamente dependente do operador. A troca de turno dos operadores pode levar a diferentes formas de execução da repartida, indicando a existência de uma grande variabilidade do procedimento. Neste trabalho, é apresentada uma análise do procedimento de repartida para o mapeamento e a compreensão dos principais fenômenos e como estes se manifestam durante sua execução. É proposta a automatização da repartida com o objetivo de propiciar uma repartida suave e diminuir o grau de influência do operador. São propostas duas estratégias de controle utilizando a medição da pressão de fundo e atuando na abertura do choke de produção. A primeira, é baseada na curva estática que relaciona a pressão de fundo à vazão de gás de injeção. Esta pressão define a quantidade de líquido que entra no tubo de produção. A estratégia é formulada de forma intuitiva, e procura variar a pressão de fundo de acordo com a vazão de gás injetado, regulando indiretamente a vazão de líquido. A malha de controle faz uso de um controlador PI e a referência é calculada através de um algoritmo estimador de pressão de fundo baseado na vazão de injeção. Na segunda estratégia, um controlador nebuloso é projetado para retratar a forma de atuação que um operador teria durante a execução do procedimento. As estratégias propostas são testadas no simulado OLGA2000, da empresa ScandpowerPT, utilizando um modelo validado experimentalmente. Resultados de simulação mostram que ambas técnicas atendem às especificações, e que portanto propiciam uma repartida suave, amenizando as golfadas severas. / The gas-lift wells restart process has high complexity. If the procedure is not carefully executed, the production liquid flowrate can show an oscillatory behaviour, called #severe slugs#. This situation is undesirable because it causes productivity loss, decreases oil-watergas separation process performance or can lead to the shutdown of the system. Nowadays at the production fields, the restart process is still performed manually, following a conservative way and based on the human operator knowledge. The main objective relies on supressing the liquid slug until the system reaches its production operation point. However, the process efficiency and variability have high level dependence of the human operator. In this work, an analysis of the process is presented in order to better understand the behaviour of the main process variables. Moreover, a process automation is proposed in order to execute a well-behaved restart. Two free model strategies are presented, using the downhole pressure measurement as controlled variable and the choke openning as manipulated variable. The first strategy is based on the steady-state curve which gives the downhole pressure as function of the injection gas flowrate. This pressure defines the liquid flowing from the well into the tubing bottom. The strategy tries to mantain the downhole pressure close to its steadystate value depending on the gas flowrate being injected into the well, and thus, indirectly regulating the liquid flowrate at the tubing bottom. The downhole pressure setpoint is calculated through an estimaton algorithm considering the gas flowrate as input. A control loop is designed using a switching PI controller. The second strategy relies on a fuzzy logic control system. The controller is designed trying to retract the action sequence of the manually execution. The two proposed strategies are tested using an experimentally validated model implemented in the OLGA2000 simulator of ScandpowerPT. Simulations results show that both techniques provide an adequate restart process avoiding the #severe slugs.

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 2018-01-23T03:21:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 349540.pdf: 2247438 bytes, checksum: d1fc4dcd43f3b526415aceed49c016fc (MD5) Previous issue date: 2017 / Este trabalho apresenta diferentes estruturas de um compensador de atraso de transporte, denominado preditor de Smith filtrado, com base no controlador preditivo generalizado, em conjunto de técnicas para evitar o windup do controlador, causado, na maioria das vezes, pela saturação do atuador. Essa proposta tem como objetivo tratar restrições de amplitude de sinal de controle e obter um desempenho subótimo, sem a necessidade de um processo de otimização para tratar a não linearidade imposta pela restrição, como tipicamente ocorre no controlador preditivo generalizado. Foram realizadas simulações de processos abordados na literatura e o desempenho da técnica proposta foi comparado ao desempenho do controlador preditivo generalizado. Também foi realizado um estudo de caso experimental em uma bancada de ensaios que permitiu comparar os resultados da sintonia proposta e do controlador preditivo generalizado para o controle de temperatura da água de uma ducha eletrônica. Tanto os resultados de simulação quanto os experimentais demonstram que no caso de restrições de saturação da amplitude de controle a técnica proposta é capaz de alcançar desempenho de controle muito próximo do ótimo com um esforço computacional muitas ordens de grandeza menor que o demandado pelo controle preditivo generalizado. / Abstract : This work presents different structures of a dead time compensator, known as filtered Smith predictor, based on the generalized predictive controller, with a set of techniques to avoid the windup of the controller, caused, in most cases, by saturation of the actuator. This proposal aims to handle control signal amplitude constraints and achieve suboptimal performance without the need of an optimization process to handle the nonlinearity imposed by the constraint, as typically occurs in the generalized predictive controller. Simulations of processes presented in the literature were performed and the performance of the proposed technique was compared to the performance of generalized predictive controller. An experimental case study was also carried out on a test rig, which was used to compare the results of the proposed tuning and the generalized predictive controller for the control of the water temperature in an electronic shower. Both the simulation results and the experimental results demonstrate that in the case of control amplitude saturation constraints the proposed technique is able to achieve control performance close to the optimum, with a computational effort many orders of magnitude smaller than that required by generalized predictive control.

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 2015-02-05T20:25:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 329775.pdf: 15533198 bytes, checksum: 405fa7ebbbf537f2e36763f5ee30e7ab (MD5) Previous issue date: 2014 / Demandas ambientais vão potencializar o uso de sistemas com energias renováveis em um futuro próximo. Neste contexto, microrredes (MR) de energia, tipicamente pequenas fontes geradoras próximas do usuário final, vêm surgindo como uma opção promissora para atender necessidades crescentes de geração de energia limpa, confiável e de qualidade. Para se fazer bom uso das vantagens propiciadas por uma microrrede, há a necessidade de um uso extensivo de conversores eletrônicos de potência para interligar diversos tipos de fontes geradoras, cargas e elementos de armazenamento, devido aos seus diferentes tipos de comportamento dinâmico. Este trabalho tem por objetivo principal estudar os problemas dinâmicos associados à interconexão de conversores de eletrônica de potência em microrredes de corrente contínua (CC). Em particular, quando um conversor é utilizado como carga de outro, simplificações de modelagem podem se tornar indesejadas e até omitir fenômenos dinâmicos durante a análise do sistema. Assim, problemas associados à modelagem das cargas são estudados bem como problemas de controle da tensão do barramento CC da MR. Problemas de estabilidade não-linear são tratados basicamente utilizando a teoria qualitativa dos sistemas dinâmicos e a análise de bifurcações. A redução do problema através da modelagem das cargas baseada nas características estáticas das cargas de potência constante cobra um papel importante para a análise da estabilidade do sistema. Resultados de simulação e experimentais permitem validar os resultados analíticos obtidos neste trabalho. As principais contribuições deste trabalho são: (i) a modelagem mais realista dos perfis de carga estáticos dos conversores buck e boost ao se comportarem como cargas de potência constante; (ii) o controle por modos deslizantes dos conversores interconectados e uma análise dinâmica completa do sistema utilizando a teoria de bifurcações; (iii) comprovação dos resultados analíticos obtidos pela realização de diversos cenários de simulação e experimentais.<br> / Abstract: Environmental demands are likely to increase the use of renewable energy-based systems in a close future. In this context, power microgrids, typically small power sources located close to the final user, arise as a promising option to cope with the growing needs of a clean, reliable and high quality energy. To make good use of the advantages provided by a microgrid, an extensive use of power electronic converters is required to interconnect several kinds of power generators, sources and energy storage units, due to their diferent types of dynamic behavior.The main purpose of this work is to study the dynamic problems associated to the interconnection of power electronic converters in a direct current (DC) microgrid. In particular, when a converter acts as a load to another, modeling simplications may become undesirable and even overlook dynamic phenomena during the system analysis. In this manner, problems associated to the loads modeling are studied, as well as problems related to the control of the microgrid's bus voltage. Nonlinear stability problems are studied using the qualitative theory of dynamical systems and bifurcation analysis. The reduction of the problem by modeling the loads' based on the static profile of constant power loads takes an important role on the stability analysis of the system. Simulation and experimental results provide means to validate the analytical results obtained in this work.The main contributions of this work are: (i) the realistic modeling of static load profiles for buck and boost converters behaving as constant power loads; (ii) the sliding mode control of the interconnected converters along with a complete dynamic analysis using bifurcations theory;(iii) validation of the analytical results by using several simulation and experimental scenarios.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:26:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 332136.pdf: 8571699 bytes, checksum: d32fe46e2a6aa2fb6f814ef3cd7bfda1 (MD5) Previous issue date: 2014 / As Redes de Sensores sem Fio (RSSF) vêm apresentando uma penetração cada vez maior nas mais distintas áreas, dados a sua versatilidade e o seu baixo custo. Mais recentemente foi proposto seu emprego no chão de fábrica, com o surgimento de diversos padrões específicos, com especial destaque ao padrão IEEE 802.15.4. O ambiente industrial possui duas características que o diferenciam dos demais ambientes de aplicação das RSSF: requisitos de tempo real na troca de mensagens e alto índice de ruído eletromagnético que provocam altas taxas de perdas de mensagens. Sendo assim, é determinante para a aplicação das RSSF no ambiente industrial que se maximize a confiabilidade na troca de mensagens com garantias temporais. Neste sentido, esta tese propõe um novo algoritmo de codificação de rede para retransmissão oportunista de mensagens, aplicado a redes de sensores sem fio no padrão IEEE 802.15.4. Essa proposta emprega técnicas de codificação de rede, cooperação e diversidade temporal objetivando aumentar a confiabilidade na troca de mensagens. A codificação de rede é utilizada em nodos retransmissores para, sempre que necessário, agrupar um conjunto de mensagens e retransmiti-las. O coordenador da rede, ao receber o conjunto de mensagens originais e mensagens codificadas, consegue aumentar significativamente a taxa de sucesso das mensagens recebidas e, consequentemente, minimizar o consumo energético e do uso do meio na rede. Para comprovar a eficácia dessa proposta foi realizado um conjunto de ensaios experimentais com várias plataformas de nodos, principalmente o MicaZ, e simulações no OMNeT++, em variadas topologias de rede. Com o comparativo da nova técnica com técnicas tradicionais de retransmissão de mensagens se comprovou o melhor desempenho da nova proposta. Também foram realizados ensaios experimentais que comprovaram a factibilidade da codificação de rede em nodos das RSSF.<br> / Abstract: Wireless Sensor Networks (WSN) based applications have been increased in different applications areas, due to their versatility and low cost. Recently, its adoption has been proposed on factory floor, with the emergence of several specific standards, with special emphasis on the IEEE 802.15.4 standard. The industrial environment has two particular features that differs from traditional WSN application environments:(i) real-time constraints in messaging streams and (ii) high level of electromagnetic noise, which causes high rates of loss messages.Therefore, it is mandatory for industrial WSN application to maximize the reliability in messages exchanging with temporal guarantees. In this sense, this thesis proposes a new network coding algorithm for opportunistic relaying messages, applied to IEEE 802.15.4 WSN. This proposal employs network coding techniques, time diversity and cooperation in order to increase the message reliability. Network coding is adopted at relays nodes to group a set of messages and retransmit them. The network coordinator, upon receiving the set of original messages and coded messages can signicantly increase the success rate of incoming messages and, consequently, minimize the energy consumption through the network. To assess the effectiveness of this proposal several studies have been conducred in diferent sensor nodes platforms, especially the MicaZ and simulations in OMNeT++ considering various network topologies. Simulation results show that the proposed approach outperforms traditional ralaying techniques. Experimental assessment indicates the feasibility of network coding in the WSN nodes.

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 2015-02-05T20:40:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 330212.pdf: 3028444 bytes, checksum: 3974891ca7f2f4dc41098ea6e9891245 (MD5) Previous issue date: 2014 / O movimento em formação e o seguimento de uma trajetória de referência são alguns dos problemas que tipicamente compõem uma tarefa para um grupo de veículos autônomos que cooperam entre si. Neste trabalho, ambos os problemas são abordados e uma solução é proposta utilizando-se RHC (Receding Horizon Control) e o conceito de estruturas virtuais de forma descentralizada. O método proposto consiste em um problema de otimização quadrática que realiza o consenso a respeito do centro da formação e gera uma trajetória para que o robô que a executa alcance sua posição desejada. Para o controle de veículos com restrições não-holonômicas, um controle de baixo nível é utilizado para fazer o robô seguir a trajetória gerada. Para a avaliação e teste do método proposto, um simulador, capaz de interagir com robôs reais através do ROS (Robot Operating System), foi desenvolvido e dois conjuntos de testes foram feitos. O primeiro consistiu de simulações com diferentes valores para os parâmetros da função objetivo, de forma a avaliar a eficácia do método e sua dependência nos parâmetros. O segundo consistiu de testes de realidade aumentada, em que veículos reais e virtuais integravam o grupo. Os resultados são analisados e comprovam a eficácia do método, mas ainda são necessários estudos sobre os critérios de convergência e estabilidade.<br> / Abstract: Moving in formation and tracking a reference trajectory are common problems when composing tasks for a group of cooperating autonomous vehicles. In this work, both problems are treated and a solution is proposed using RHC (Receding Horizon Control) and the concept of virtual structures in a decentralized manner. The proposed method consists of a quadratic optimization problem which is responsible for the consensus about the position of the formation center and the trajectory generation so that the robot can get to its desired position. For the control of non-holonomic vehicles, a low-level controller scheme is used to make the robot follow the generated trajectory. For the evaluation of the proposed method, a simulator capable of interaction with real robots through the use of ROS (Robot Operating System) was developed and two sets of trials were done. The first consisted of simulations with differing values of the objective function's parameters, so as to assess the effectiveness of the method and its dependency on the parameters' values. the second set consisted of tests with augmented reality, in which real and virtual robots integrated the group. The results are analised and show the effectiveness of the method, but the convergence and stability criteria need more study.

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 2015-02-05T21:07:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328084.pdf: 3676568 bytes, checksum: 38ad93820259bd187203a2dfdbaa2aa7 (MD5) Previous issue date: 2014 / Essa dissertação descreve uma infraestrutura de comunicação sem fio projetada para uso em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de pequena escala. A mesma tem como objetivo fornecer os links de comunicação entre o VANT e uma estação base (para fins de recebimento de comandos de controle) e entre o VANT e uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) (para fins de coleta de dados). O desafio é utilizar o mesmo hardware para comunicar-se com dispositivos potencialmente heterogêneos e compartilhar diferentes protocolos e tipos de tráfego. O trabalho detalha a camada de software projetada para prover uma comunicação confiável com a estação de base, além de priorizar a economia de recursos com os nós de uma RSSF. Para ambos os casos, é usado apenas um transceiver IEEE 802.15.4 de longo alcance. Com o intuito de demonstrar a infraestrutura proposta, dois diferentes cenários foram implementados e testados. O primeiro consiste na comunicação do VANT com sensores esparsamente distribuídos sobre o solo. Já o segundo consiste na entrega dos dados coletados para a estação base. Ambos os cenários de comunicação diferem-se em tempo de conexão e outros requisitos. Os resultados obtidos mostram que a solução proposta atende os desafios relacionados.<br> / Abstract : This paper describes a wireless communication infrastructure designed for a small-scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV). It aims at providing a communication link between the UAV and a base station and also additional links that may allow collecting data from a remote Wireless Sensor Network (WSN). The challenge here is using the same hardware to communicate with potential heterogeneous devices and using different protocols. The paper details the software layer designed to support a reliable communication with the base station, as well a highly efficient best-effort communication with nodes from a WSN. For both cases, a single IEEE 802.15.4 extended range transceiver is used. To demonstrate the proposed infrastructure, two different utilization scenarios were implemented and tested. The first consists of the UAV node communicating with spatially distributed sensors on the ground. In the second scenario, the UAV node delivers the collected data to the base station. Both communication scenarios are different in terms of connection time and other communication requirements. Obtained results show that the proposed solution meets the related challenges.