This dissertation develops a general framework for designing stabilizing feedback controllers and observers for dynamics with state/time dependent gains on the control signals and measured outputs. These gains have potential singularity periods but satisfy a technically non-trivial condition referred to as persistence of excitation. A persistence filter design constitutes the primary theoretical innovation of this work around which the controller and observer development is centered. Application areas of singular gain systems considered in this study include robotics, biomechanics, intelligent structures and spacecrafts. Several representative problems involving singular, time-dependent gains are addressed. The specific contributions of this dissertation are outlined as follows: (i) a stabilizing feedback for linear, single-input systems with time-varying, singular control scaling is designed that allows arbitrary exponential convergence rate for the closed-loop dynamics. An adaptive control generalization of this result allows asymptotic convergence in presence of unknown plant parameters. An extension to a special, single-input nonlinear system in the controller canonical form is also proposed. It is proven that this control design results in bounded tracking error signals for a trajectory tracking objective; (ii) observer design for linear, single-output systems with time-varying, singular measurement gains is considered. A persistence filter similar in structure to the control counterpart aids an observer design that guarantees exponential state reconstruction with arbitrary convergence rates; (iii) the observer and controller designs are combined to obtain an exponentially stabilizing output feedback controller for linear, single-input, single-output dynamics with singular gains on both the control and measurements. A novel separation property is established as a consequence. The construction motivates applications to stabilization with reversible transducers which can switch between sensor and actuator modes. The results are verified on two illustrative applications, vibration control using piezoelectric devices and inverted pendulum stabilization with a DC motor. The linear result is further generalized to include state dependent gains; (iv) application of the persistence filter theory to spacecraft attitude stabilization using intermittent actuation is explored. The intermittence is characterized by a time-varying, periodically singular control gain. A nonlinear persistence filter allows construction of an exponentially stabilizing controller and simulations verify convergence with intermittent actuation where conventional proportional-derivative control fails; (v) a stabilization result for a special multi-input, linear system with time-varying matrix control gains is presented. The matrix gain is assumed to be diagonal but allows fewer controls than states subject to a controllability assumption in absence of the singular gain matrix. The single-input adaptive control results are shown to extend to the multi-input case. An application to angular velocity stabilization of an underactuated rigid spacecraft is considered. / text

Robustness of the closed-loop system has repercussions on both stability and performance, making the study of robustness very important. Fundamentally, the performance and stability of closed-loop systems utilizing state-feedback are tied to that of the observers. The primary goal of this thesis is to develop a robust nonlinear observer and closely examine the usefulness of the observer in the presence of non-collocation and parametric uncertainty and as an integral component in closed-loop control. The usefulness of the observer being investigated depends on robustness, accuracy, computational burden, tunability, ease of design, and ease of implementation on an actual flexible motion system. The design and subsequent integration of the Kalman filter, an optimal observer, into a closed-loop system is well known and systematic. However, there are shortcomings of the Kalman filter in the presence of model uncertainty which are highlighted in this work. Simulation studies are conducted using the Simulation Module in National Instruments LabVIEW 8.5 and experiments are conducted on a physical system consisting of a single flexible link with non-collocation of actuators and sensors using LabVIEW Real Time 8.5. Simulations serve as a means to analyze the performance of the optimal observer and the robust observer by analyzing their dynamic behavior as well as that of the closed-loop system with each observer in place. The focus of experiments is on investigating implementation of the robust observer, including initialization and tuning of observer design parameters off-line and on-line. Simulations verify the robustness properties of the sliding mode observer while experiments show that the robust observer can be implemented at fast control rates and that replacing the Kalman filter with a robust observer has direct ramifications on closed-loop performance.

This Thesis is concerned with the approximation of high order controllers or the controller reduction problem. We firstly consider approximating high-order controllers by low order controllers based on the closed-loop system approximation. By approximating the closed-loop system transfer function, we derive a new parametrized double-sided frequency weighted model reduction problem. The formulas for the input and output weights are derived using three closed-loop system configurations: (i) by placing a controller in cascade with the plant, (ii) by placing a controller in the feedback path, and (iii) by using the linear fractional transformation (LFT) representation. One of the weights will be a function of a free parameter which can be varied in the resultant frequency weighted model reduction problem. We show that by using standard frequency weighted model reduction techniques, the approximation error can be easily reduced by varying the free parameter to give more accurate low order controllers. A method for choosing the free parameter to get optimal results is being suggested. A number of practical examples are used to show the effectiveness of the proposed controller reduction method. We have then considered the relationships between the closed-loop system con gurations which can be expressed using a classical control block diagram or a modern control block diagram (LFT). Formulas are derived to convert a closed-loop system represented by a classical control block diagram to a closed-loop system represented by a modern control block diagram and vice versa.

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-25T12:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CanahuireCabello_RuthVanessa_D.pdf: 5994310 bytes, checksum: 0f754dbcbe2bce27101f33806ca7f190 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A síntese de controle H-infinito de estruturas flexíveis pode levar à obtenção de controladores de alta ordem. Estes controladores podem apresentar dificuldades para a implementação prática acarretando atrasos de resposta no sistema. Para evitar esse problema, este trabalho apresenta duas sínteses de controladores H-infinito de ordem reduzida por realimentação de saída. Para este propósito, são formulados dois problemas de otimização para a obtenção de controladores de ordem reduzida considerando que as matrizes de estado do controlador estão na forma canônica controlável e canônica modal. As duas sínteses propostas estão baseadas na minimização da norma H-infinito garantindo a estabilidade do sistema em malha fechada. Outro problema considerado neste trabalho são os efeitos de saturação dos atuadores sobre o sistema controlado. A saturação, quando presente no sistema, pode levar a uma perda de desempenho e as vezes à instabilidade da planta. Para tratar o problema de saturação é proposto um problema de otimização baseado no projeto de compensadores anti-windup. A abordagem proposta usa a síntese do problema H-infinito para minimizar diretamente os efeitos do sinal de saturação sobre o sinal de desempenho. Finalmente, as formulações são verificadas no controle ativo de vibração sobre um modelo teórico e em uma bancada experimental com uma viga de alumínio engastada-livre. Os métodos mostraram ter bom desempenho garantindo a estabilidade do sistema em malha fechada. Os problemas de otimização são resolvidos usando algoritmos genéticos e alguns aspectos numéricos são discutidos / Abstract: The H-infinity controller synthesis for flexible structures leads to full-order controllers. This can represent difficulties for practical controller implementation arising delay in the system response. To avoid this difficulty, this work presents two reduced order H-infinity controllers synthesis based on output feedback. For this goal, it is formulated two optimization problem to obtain a reduced order controller in its state-space controllable canonical form and state-space modal canonical form. The two proposed synthesis are based on the minimization of the H-infinity norm ensuring the stability of the closed loop system. Another problem considered in this work is related to the effects of saturation of the actuators on the controlled system. The saturation in the system can lead to a performance loss and occasionally to the instability of the plant. An optimization problem based on anti-windup compensator design is proposed to treat this problem. The proposed approach uses the H-infinity controller synthesis to minimize directly the saturation effects on the performance signal. Finally, the formulations are verified in the active control of vibration of a theoretical model and a cantilever aluminium beam is used on an experimental bench. The methods proposed presented good performance in terms of the stability of the closed loop system. The optimization problems are solved using genetic algorithms and some numerical aspects are discussed / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutora em Engenharia Mecânica

Orientador: José Antenor Pomilio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pimentel_SergioPires_D.pdf: 7198764 bytes, checksum: 8dbb9a95a5a5374423051cba1bcfc1be (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este trabalho aborda as características que envolvem o gerenciamento da operação de um sistema monofásico de geração distribuída. Embora tais características possam ser expandidas para sistemas trifásicos e de potência elevada, o sistema proposto está relacionado com aplicações de geração distribuída em baixa tensão ou naquelas que envolvam consumidores residenciais. O funcionamento do sistema proposto é baseado em um conversor eletrônico de potência elaborado a partir da estrutura multinível na topologia cascata assimétrica de 19 níveis. Nesta topologia, as tensões dos barramentos CC devem ser isoladas e desiguais entre si. Tal condição permite o envolvimento, nos barramentos CC do inversor, de múltiplas ou diferentes fontes alternativas de energia elétrica tais como sistemas fotovoltaicos, sistemas de células a combustível ou sistemas eólicos associados com conversores CC/CC. Com o sistema em operação, busca-se uma injeção apenas de potência ativa no sistema de distribuição alimentador e um fornecimento ininterrupto de energia elétrica para uma carga local mesmo quando nesta predominar características não-lineares de alimentação. Assim, de acordo com os seus objetivos, o sistema proposto opera de forma contínua e intercalada entre os modos ilhado e compartilhado. Detalhes sobre tais modos de operação e suas respectivas transições são apresentadas. As transições envolvem a detecção de ilhamento e o êxito no sincronismo. Em função disso, é apresentado um método ativo de detecção de condições de ilhamento. Tal método representa a adaptação de um método ativo já existente (AFDPF) aos requisitos de operação do sistema proposto neste trabalho. Justificativas e detalhes dessa adaptação do método ativo AFDPF são apresentados. Com relação à outra transição, um método de sincronismo baseado em técnicas PLL é apresentado. Tal método de sincronismo atende os requisitos estabelecidos em IEEE Std 1547-2003, diminuindo os impactos de uma possível religação com o sistema de distribuição. Para permitir um melhor funcionamento sob diferentes requisitos, também são descritas as etapas que envolvem os métodos de projeto dos controladores adotados: controlador PI de corrente de saída; controlador PI de potência média injetada; e controlador P+Ress de tensão na carga. Em especial, é apresentada uma nova metodologia de projeto do controlador proporcional e ressonante (P+Ress) de tensão baseada na sua resposta em malha fechada observada no domínio do tempo, em contrapartida ao seu método clássico de projeto baseado no domínio da freqüência. Um modelo matemático para simulações computacionais e um protótipo experimental utilizando o DSP TMS320F2812 foram considerados. Resultados de simulações computacionais e experimentais são comparados e permitem a verificação do comportamento do sistema proposto sob condições normais e anormais de operação / Abstract: This work regards the issues related to the operation management of a single-phase distributed generation system. Although these issues can be applied three-phase systems and high power systems, the proposed system is related to low voltage distributed generation applications or related to residential consumers. The operation of the single-phase proposed system is based on an utility-interactive power electronics converter which is composed by an asymmetrical cascaded multilevel inverter. This topology is able to create an output signal with up to 19 levels and it is supplied by DC voltage power sources that must be isolated and unequal from each other. By this demand it is possible to combine multiple and/or different alternative DC voltage power supplies as photovoltaic, fuel cells or wind energy systems into the DC buses of the single-phase multilevel inverter. During the operation of the proposed system, an injection of only active power into the grid utility and an uninterrupted load supply are achieved even when the local load (or group of local loads) has predominant nonlinear characteristics. For those reasons the proposed system operates continuously and alternately between two operation modes: grid-connected mode and stand-alone mode. Details about them and its transitions are also presented. The transitions are related to a correct detection of islanding situations and also to an effective synchronization method. The islanding detection is achieved by adaptations on an already known active method (AFDPF) to accomplish the project's goals. The reasons and details about these adaptations are presented. Furthermore the synchronization method is described and it is based on PLL techniques. Both transition methods meet the IEEE Std 1547-2003 requirements and it decreases the impacts from the proposed system into grid utility. To guarantee a suitable operating under several conditions, a wide range of operation points can be found by using the design methods described to each proposed controller: PI output current controller; PI injected active power controller; and a P+Ress load voltage controller. In highlights it is proposed a new design method to proportional and resonant controller (P+Ress) based on its closed-loop time response, instead of the classical method based on its open-loop frequency response. A mathematical model for simulations and an experimental low power prototype based on DSP TMS320F2812 have been considered. Simulation and experimental results are compared and they allow examining the performance of the proposed system operating under normal and abnormal conditions / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Pedro Luis Dias Peres, Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T07:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tognetti_EduardoStockler_D.pdf: 1309075 bytes, checksum: 3848aea254594b5081e40f2de57efe3f (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A principal contribuição dessa tese é a proposta de novas condições, em termos de desigualdades matriciais lineares, para a análise de estabilidade e síntese de controladores de sistemas nebulosos Takagi-Sugeno, casos discretos e contínuos no tempo. A lei de controle considerada é por realimentação de estados, sendo que para sistemas contínuos no tempo são também projetados controladores de realimentação de saída estática e dinâmica, de ordem arbitrária. São adotados como critérios de desempenho os custos garantidos H2 e H?. As funções de Lyapunov propostas, mais gerais que as existentes na literatura, são construídas como a combinação nebulosa de funções quadráticas nos estados, polinomiais homogêneas de grau arbitrário em termos das funções de pertinência do sistema nebuloso. As funções de pertinência são modeladas em um espaço definido pelo produto Cartesiano de simplexos no mesmo instante de tempo, no caso contínuo, ou em múltiplos instantes de tempo, permitindo o projeto de controladores com memória finita de parâmetros presentes e passados, no caso discreto. Em sistemas contínuos, as variáveis premissas usadas na lei de controle podem ser escolhidas pelo projetista, de acordo com a disponibilidade ou não para implementação em tempo real, dando um caráter seletivo ao controlador. Nas condições de síntese de controladores, duas situações distintas para as taxas de variação das funções de pertinência são consideradas. Um conjunto convexo modela o espaço ao qual pertencem as derivadas temporais das funções de pertinência, no caso em que algumas taxas máximas de variação são conhecidas. Para taxas de variações arbitrárias, quando as variáveis premissas são os estados, utilizam-se funções de Lyapunov do tipo integral de linha associadas a uma estratégia de síntese em dois estágios. No primeiro estágio um ganho de realimentação de estados é projetado e utilizado como entrada no segundo estágio, que retorna, se possível, um controlador de realimentação de estados que atende especificações de desempenho mais exigentes, ou ganhos de realimentação estática ou dinâmica de saída, de ordem completa ou reduzida. Exemplos numéricos ilustram os resultados, mostrando que os métodos propostos podem reduzir o conservadorismo nos problemas estudados, sendo mais eficientes quando comparados com outras abordagens da literatura / Abstract: This thesis proposes, as main contribution, new linear matrix inequalities conditions for stability analysis and control synthesis of continuous and discrete-time Takagi-Sugeno fuzzy systems. A state feedback control law is considered and, for continuous-time systems, static and dynamic output feedback controllers of arbitrary order are also determined. The H2 and H? guaranteed costs are adopted as performance criteria. The proposed Lyapunov functions, more general than the others in the literature, are constructed as fuzzy combinations of quadratic in the state functions that are homogeneous polynomials of arbitrary degree depending on the membership functions of the fuzzy systems. The membership functions are modeled in a space defined by the Cartesian product of simplexes in the same instant of time, in the continuous-time case, or in multiple instants of time, yielding finite memory controllers depending on the present and past parameters, in the discrete-time case. In the continuous-time synthesis conditions, the premise variables used in the control law can be defined by the designer, accordingly to real-time availability, as a selective feature of the controller. Two different situations are considered in terms of the rates of variation of the membership functions. A convex set models the space of the timederivatives of the membership functions if some upper bounds of the variation rates are known. For arbitrary rates, when the premise variables are the states of the system, a line-integral Lyapunov function is considered associated with a two steps procedure. At the first step, a state feedback is computed and used as an input for the second step, that provides, if possible, a state feedback controller that take into account more stringent performance specifications, or static or dynamic controllers, of full and reduced orders. Numerical examples illustrate the results, showing that the proposed approaches can be less conservative and more efficient when compared with other methods available in the literature / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2018-08-20T02:31:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mourao_KellenTazianiFernandes_M.pdf: 2493356 bytes, checksum: 4d9ad466fb48ec6e3f81311c9fd467b1 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Neste trabalho foi utilizado o controle H'infinito' para atenuar vibrações em estruturas mecânicas. São utilizadas desigualdades matriciais lineares para encontrar o controlador ótimo. Sensores e atuadores são incorporados ao projeto e para determinar o melhor local onde devem ser fixados na estrutura são utilizadas duas metodologias: uma pela menor norma H'infinito' de malha fechada e a outra pela maior norma H''infinito' de malha aberta. Para modelar a estrutura a ser controlada é usado o método de elementos finitos. Após determinadas as posições ótimas para alocar sensores e atuadores, foram projetados controladores H''infinito' com filtros de ponderação escolhidos via algoritmos genéticos. Para projetar o controlador H'infinito' utilizou-se o modelo reduzido da planta, desconsiderando os modos residuais. São escolhidos filtros de ponderação via algoritmos genéticos para determinar as faixas de frequência de interesse com o intuito de projetar um controlador menos conservador e evitar o fenômeno de spillover, e consequentemente, que a malha fechada se torne instável. Os exemplos de aplicação foram realizados sobre uma estrutura flexível do tipo viga. Os resultados mostraram que os controladores projetados, após o posicionamento ótimo de sensores e atuadores e escolhidas das funções de ponderação via algoritmos genéticos, minimizaram a amplitude de vibração da estrutura garantindo a estabilidade do sistema / Abstract: In this work it was used the H'infinite' control to atenuate vibrations in mechanical structures. Linear matrix inequalities are used to find the optimal controller. Sensors and actuators are incorporated into the project. To determine the best place to allocate them in the structure two methods are used: the first is based on the highest closed-loop H'infinite' norm and the second is based on the lowest open-loop H'infinite' norm. The structure to be controlled was modeled through the finite element method. After determining the optimal placement to allocate sensors and actuators, the loop was closed and H'infinite' controllers were designed with weighting filters that were chosen via genetic algorithms for both cases of positioning. To design the H'infinite' controller, a reduced model of the plant was used, disregarding the residual modes. Weighting filters are found through genetic algorithms to determine the frequency bands of interest in order to design a controller with less conservatism and avoiding the phenomenon of spillover, and consequently, unstable closed loop. The application examples were based in a flexible beam structure. The results showed that the designed controllers, after the optimal placement of sensors and actuators and choosing the best parameters for the weighting functions, minimized the amplitude of vibration of the structure, ensuring system stability / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:28:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_LuisAntonio_M.pdf: 1882720 bytes, checksum: efb662d3473168965c88de41357ef029 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho investiga os problemas de estabilidade assintótica e desempenho H'INFINITO' de sistemas lineares a parâmetros variantes discretos no tempo. São fornecidas condições suficientes para análise de estabilidade, análise de desempenho H'INFINITO' e síntese de controladores estáticos de realimentação de saída robustos e por ganho escalonado. Além disso, é proposto um método de parametrização polinomial homogênea de sistemas LPV afins. Assume-se que a matriz do sistema tem dependência polinomial homogênea de grau arbitrário sobre os parâmetros que variam dentro de um politopo com conhecidos limitantes sobre suas taxas de variação. As propriedades geométricas do domínio politópico são exploradas para se obter um conjunto finito de desigualdades matriciais lineares que levam em consideração os limitantes sobre as taxas de variação dos parâmetros. As condições LMIs são obtidas usando uma função de Lyapunov quadrática nos estados com dependência polinomial homogênea dos parâmetros variantes em instantes sucessivos de tempo. As condições fornecidas são aplicadas no modelo LPV de um sistema vibroacústico. Comparações com resultados numéricos encontrados na literatura mostram os benefícios das técnicas propostas / Abstract: This work investigates stability and H'INFINITE' performance of discrete-time linear parameter varying systems. Sufficient conditions for stability analysis, H'INFINITE' performance analysis and synthesis of both robust and gain-scheduled static output feedback controller are provided. It is assumed that the system matrices have a homogeneous polynomial dependence of arbitrary degree on the time-varying parameters. Thus, a homogeneous-polynomially parametrization method for affine LPV systems is proposed. The parameters are assumed to vary inside a polytope and to have known bounds on their rates of variation. The geometric properties of the polytopic domain are exploited to derive a finite set of LMIs that take into account the bounds on the rates of variation of the scheduling parameters. The LMI conditions are obtained using a quadratic in the state Lyapunov function with a homogeneous polynomial dependence on the scheduling parameters at successive instants of time. The proposed techniques are applied to an LPV model of a vibroacoustic setup. Comparisons with numerical results found in literature show the benefits of the proposed approach / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores Vera Lúcia da Silveira Nantes Button, Percy Nohama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T09:56:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NogueiraNeto_GuilhermeNunes_D.pdf: 3511169 bytes, checksum: eab59dd67c7bd6370efd2d475664860e (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A lesão medular afeta a condução dos sinais motores e sensoriais na medula. Com isso, a realização de movimentos voluntários por pessoas com lesão medular é prejudicada quando não impossível. A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma técnica que pode auxiliá-los a contornar essas dificuldades, pois possibilita ativar a musculatura de um membro paralisado. Embora a EENM em malha aberta seja capaz de produzir movimentos em um membro paralisado, ele não é capaz de compensar automaticamente desvios angulares devidos a distúrbios. Fenômenos supressores de desempenho muscular como a fadiga muscular e a adaptação neuronal podem comprometer a qualidade de um movimento funcional evocado artificialmente. Por isso, sistemas de controle são incorporados a estimuladores elétricos. A mecanomiografia (MMG) pode fornecer informações sobre a condição de um músculo em contração. Este trabalho investiga a viabilidade do emprego de sinais de MMG no controle da aplicação de EENM visando a sua incorporação em estratégias de controle de membros inferiores (MMII) em lesados medulares sem treinamento. Para isso, foi desenvolvido um sistema integrado de monitoração multiparamétrica e EENM com capacidade de incorporação do sinal de MMG na estratégia de controle. Um ensaio com voluntários hígidos e contrações isométricas de membros superiores (MMSS) apontou variações em parâmetros de MMG no início e final da contração. Outro ensaio analisou o sinal de MMG e de ângulo com controle de EENM em malha e cadeia abertas para indivíduos hígidos e lesados medulares. Sinais de MMG e EENM em contrações dinâmicas de MMII foram registrados. Com o sistema integrado, aplicou-se EENM com controle de ângulo de joelho em malha fechada obtendo- se estabilidade angular do joelho de um lesado medular. Finalmente, o sistema integrado aplicou controle para estabilizar o ângulo de joelho e monitorar sinais de MMG. Os resultados de ensaios experimentais mostraram que parâmetros espectrais, como a frequência média de potência, apresentaram variações entre o início e o fim da contração quando a amplitude de EENM apresentou taxas de incremento mais elevadas. Conclui-se que existe viabilidade no emprego de MMG em estratégias de controle de EENM para MMII de lesados medulares em estabilidade angular, observando-se a taxa de incremento/decremento da saída do estimulador / Abstract: Spinal cord injury affects conduction of motor and sensory signals that flow through the spinal cord. Therefore, the performance of voluntary movements by spinal cord injured (SCI) persons is impaired, if not impossible. Neuromuscular electrical stimulation (NMES) is a technique that aids SCI individuals to overcome these difficulties, because it allows activation of paralyzed limb muscles. Though NMES in open loop and in open chain tasks is able to generate movements in paralyzed limbs, it is not capable to automatically compensate for angle deviations due to disturbances. Suppressive phenomena of muscle performance, such as muscle fatigue and motor neuron adaptation, can compromise the quality of an artificially elicited functional moment. Thus, closed-loop control systems are merged with electrical stimulators. Mechanomyography (MMG) can provide information about a contracting muscle condition. This work proposes to investigate the feasibility of using MMG signals in the control of NMES application aiming its incorporation in lower limb control strategies of untrained spinal cord injured persons. An integrated system was built, comprising a multiparametric acquisition system and a closed-loop controlled neuromuscular electrical stimulator. The integrated system is able to incorporate MMG signals in the control strategy. A test with healthy volunteers performing upper limb isometric contractions indicated variations in MMG parameters between the beginning and end of contraction. Another test investigated MMG signals and joint angles with NMES in open loop and in open chain to healthy and SCI individuals. NMES and MMG signals during lower limb dynamic contractions were registered. Using the integrated system, NMES was applied to the control of knee angle in closed loop configuration ensuring angular stability of both knees on a single SCI volunteer. Finally, the integrated system applied closed loop control to stabilize the knee angle, and monitored MMG signals. Experimental results revealed that spectral parameters such as mean power frequency presented variations between the beginning and end of contraction when NMES amplitude showed higher amplitude increase rates. In conclusion, there is feasibility of using MMG signals in control strategies of NMES for lower limbs of SCI persons in reasonable angle stability. However, one must observe the stimulator output increase/decrease rate / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutor em Engenharia Elétrica

Thesis: M.S., Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science, 1980 / Includes bibliographical references. / by Conrado Orta, Jr. / M.S. / M.S. Massachusetts Institute of Technology, Department of Electrical Engineering and Computer Science