Submitted by ANDREYSON BICUDO JAMBERSI null (andreysonj@gmail.com) on 2016-03-10T20:41:43Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao-Andreyson-Final.pdf: 10057190 bytes, checksum: 2ff18267cdee4202553958634158fee8 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-03-14T13:24:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 jambersi_ab_me_ilha.pdf: 10057190 bytes, checksum: 2ff18267cdee4202553958634158fee8 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-14T13:24:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 jambersi_ab_me_ilha.pdf: 10057190 bytes, checksum: 2ff18267cdee4202553958634158fee8 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A descrição e representação do movimento de corpos rígidos no espaço pode ser realizada de diversas formas, a forma mais popular é através dos ângulos de Euler, apesar de não ser sempre a mais adequada. O objetivo deste trabalho consiste em obter um modelo matemático que descreve o movimento de um giroscópio no espaço através de conceitos da mecânica clássica de Newton-Euler e parametrizar o problema da cinemática inversa dos ângulos de Euler e dos quatérnions e obter a solução numérica, além de realizar uma análise do comportamento deste sistema sob ação de esforços em função das velocidades angulares do corpo. Os resultados são comparados e são destacadas as vantagens de cada parametrização utilizada. A partir deste modelo estuda-se o caso onde os torques externos são realimentados pelas velocidades angulares nas direções principais de inércia do corpo, para estas situações o giroscópio apresenta caos. Nota-se que, para determinados valores de parâmetros, as equações de Euler do giroscópio assumem a forma dos sistemas de Lorenz, Chen e Lü-Chen e podem ser visualizados atratores estranhos no espaço de fases.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Texto completo - Rosiney.pdf: 7631119 bytes, checksum: 43c0461bb49060121b74d945a88d53d4 (MD5) Previous issue date: 2012-11-26 / The present work proposes a study of the dynamics of a gyroscope using simulated data of an analytical model by comparing with experimental data. Classical mechanical modeling approaches are used to identify the equilibrium points, stability and verification of the regions where the motion equations of the gyroscope can present regular or chaotic behavior. The Lyapunov exponents are identified through the standard method, Eckmann-Ruelle Method, Wolf method with time series and the 0-1 test. The results achieved illustrate the main advantages and drawbacks of each method and allow to observe qualitatively and quantitatively information about the motion of the gyroscope used. / Este trabalho propõe um estudo da dinâmica de um giroscópio usando dados de simulação de um modelo analítico comparando com dados experimentais. Verifica-se a modelagem usando mecânica clássica, estudo de pontos de equilíbrio, estabilidade e verificação de regiões onde o movimento do giroscópio pode ficar regular ou caótico. Os expoentes de Lyapunov são identificados usando o método padrão, método de Eckmann-Ruelle, método deWolf com séries temporais e o teste 0-1. Os resultados alcançados nesta dissertação permitiram comparar as principais vantagens e desvantagens de cada um dos métodos e extrair informações qualitativas e quantitativas sobre o movimento do giroscópio em estudo.

Esta dissertação apresenta a modelagem matemática de um giroscópio de controle de momento (CMG) e aplica técnicas de controle digital para o controle de atitude dessa planta. CMGs são atuadores importantes para o controle de atitude de corpos no espaço, tais como satélites e veículos espaciais. Desenvolve-se a modelagem da planta por meio da mecânica Lagrangiana e estudam-se técnicas específicas de controle PID (proporcional-integral-derivativo) e LQR (linear-quadratic regulator ) digitais para aplicação em sistemas com a planta nas configurações desacoplada e acopladas de fase mínima e não-mínima. Realizam-se ensaios via simulação, com o modelo não-linear da planta, bem como via experimentos práticos, com o sistema real, para validar os controladores projetados. Com isso, obtêm-se resultados positivos com ambas as técnicas estudadas, com exceção ao caso acoplado de fase não-mínima, para o qual uma das técnicas não foi capaz de controlar a atitude da planta. / This dissertation presents the mathematical modeling of a control moment gyroscope (CMG) and applies digital control techniques for its attitude control. CMGs are important actuators for bodies attitude control in the space, such as satellites and space vehicles. The system modeling is developed with the Lagrangian mechanics and a digital proportionalintegral- derivative (PID) and a digital linear-quadratic regulator (LQR) control techniques are studied and applied to a decoupled system and coupled systems with minimum and non-minimum phases. Simulation tests with the non-linear plant model and experimental tests with the real plant are done in order to validate the control techniques. Then, positive results are reached with both studied techniques, excepting in the coupled system with non-minimum phase, in which one technique was not able to control it.

Esta dissertação apresenta a modelagem matemática de um giroscópio de controle de momento (CMG) e aplica técnicas de controle digital para o controle de atitude dessa planta. CMGs são atuadores importantes para o controle de atitude de corpos no espaço, tais como satélites e veículos espaciais. Desenvolve-se a modelagem da planta por meio da mecânica Lagrangiana e estudam-se técnicas específicas de controle PID (proporcional-integral-derivativo) e LQR (linear-quadratic regulator ) digitais para aplicação em sistemas com a planta nas configurações desacoplada e acopladas de fase mínima e não-mínima. Realizam-se ensaios via simulação, com o modelo não-linear da planta, bem como via experimentos práticos, com o sistema real, para validar os controladores projetados. Com isso, obtêm-se resultados positivos com ambas as técnicas estudadas, com exceção ao caso acoplado de fase não-mínima, para o qual uma das técnicas não foi capaz de controlar a atitude da planta. / This dissertation presents the mathematical modeling of a control moment gyroscope (CMG) and applies digital control techniques for its attitude control. CMGs are important actuators for bodies attitude control in the space, such as satellites and space vehicles. The system modeling is developed with the Lagrangian mechanics and a digital proportionalintegral- derivative (PID) and a digital linear-quadratic regulator (LQR) control techniques are studied and applied to a decoupled system and coupled systems with minimum and non-minimum phases. Simulation tests with the non-linear plant model and experimental tests with the real plant are done in order to validate the control techniques. Then, positive results are reached with both studied techniques, excepting in the coupled system with non-minimum phase, in which one technique was not able to control it.