The need for mechanisms that assist human movements has been increasing due to the rising number of people that has some kind of movement disability. In this scenario, it is of great importance the development of control methods that assist the interface between a motor assistive device and its user. This work proposes a controller for an exoskeleton with one degree of freedom, using surface electromyography signals from the user as the input signal. An exoskeleton was adapted to serve as platform for the developed control method. To create an EMG-to-Angle model, a set of experiments were carried out with six subjects. The experiment consisted of a series of continuous and discrete elbow flexion and extension movements with different load levels. Using the experimental data, linear (ARIMAX) and non linear (Hammerstein-Wiener) system identification methods were evaluated to determine which is the best candidate for the estimation of the EMG-to-Angle model, based on its accuracy and ease of implementation. A new experiment wasconducted to develop a real-time controller, based on FIR model and tested in a real-timeapplication. Tests showed that the controller is capable of estimating the elbow joint angle with correlation above 70% and root-mean-square error below 25° when compared to the measured elbow joint angles. / A necessidade por mecanismos que auxiliam os movimentos do ser humano vem crescendo devido ao aumento do número de pessoas portadores de deficiências que afetam a capacidade motora. Nesse cenário, é de grande importância o desenvolvimento de métodos de controle que auxiliem a interface entre o dispositivo de assistência motora e o seu usuário. Esse trabalho propõe um controlador para um exoesqueleto com um grau de liberdade, usando sinais de eletromiografia de superfície do usuário como sinal de entrada. Um exoesqueleto foi adaptado para servir de plataforma para o método de controle desenvolvido. Para criar um modelo EMG-ângulo, um conjunto de experimentos foi conduzido com seis voluntários. O experimento consistiu em uma série de movimentos de flexo-extensão do cotovelo contínuos e discretos com diferentes níveis de carga. Utilizando os dados do experimento, métodos de identificação de sistemas linear (ARIMAX) e não linear (Hammerstein-Wiener) foram avaliados para determinar qual o melhor candidato para a estimação do modelo EMG-ângulo, baseado em sua acurácia e facilidade de implementação. Um novo experimento foi conduzido para desenvolver um controlador em tempo real, baseado no modelo FIR e testado em uma aplicação em tempo real. Testes indicaram que o controlador é capaz de estimar o ângulo da junta do cotovelo com valores de correlação acima de 70% e raiz do erro quadrático médio menor que 25º, quando comparados aos valores medidos de ângulo da junta do cotovelo.

The development of Advanced Driving Assistance Systems (ADAS) produces comfort and safety through the application of several control theories. One of these systems is the Adaptive Cruise Control (ACC). In this work, a distribution of two control loops of such system is developed for an embedded application to a vehicle. The vehicle model was estimated using the system identification theory. An outer loop control manages the radar data to compute a suitable cruise speed, and an inner loop control aims for the vehicle to reach the cruise speed given a desired performance. For the inner loop, it is used two different approaches of model predictive control: a finite horizon prediction control, known as MPC, and an infinite horizon prediction control, known as IHMPC. Both controllers were embedded in a microcontroller able to communicate directly with the electronic unit of the vehicle. This work validates its controllers using simulations with varying systems and practical experiments with the aid of a dynamometer. Both predictive controllers had a satisfactory performance, providing safety to the passengers. / A inclusão de sistemas avançados para assistência de direção (ADAS) tem beneficiado o conforto e segurança através da aplicação de diversas teorias de controle. Um destes sistemas é o Sistema de Controle de Cruzeiro Adaptativo. Neste trabalho, é usado uma distribuição de duas malhas de controle para uma implementação embarcada em um carro de um Controle de Cruzeiro Adaptativo. O modelo do veículo foi estimado usando a teoria de identificação de sistemas. O controle da malha externa utiliza dados de um radar para calcular uma velocidade de cruzeiro apropriada, enquanto o controle da malha interna busca o acionamento do veículo para atingir a velocidade de cruzeiro com um desempenho desejado. Para a malha interna, é utilizado duas abordagens do controle preditivo baseado em modelo: um controle com horizonte de predição finito, e um controle com horizonte de predição infinito, conhecido como IHMPC. Ambos controladores foram embarcados em um microcontrolador capaz de comunicar diretamente com a unidade eletrônica do veículo. Este trabalho valida estes controladores através de simulações com sistemas variantes e experimentos práticos com o auxílio de um dinamômetro. Ambos controladores preditivos apresentaram desempenho satisfatório, fornecendo segurança para os passageiros.

O trabalho tem por objetivo avaliar diferentes métodos para identificar zeros na matriz de transferência de sistemas MIMO e propor um método novo baseado em análise de correlação. Estes métodos são utilizados durante a etapa de pré-identificação, a fim de se obter informações relevantes que possam ser utilizadas para se reduzir o tempo dos experimentos, diminuir a variabilidade dos parâmetros dos modelos e melhorar a eficácia dos modelos remanescentes. Estes métodos são aplicados a sistemas MIMO lineares, com dados coletados em malha aberta e em malha fechada. É avaliado o ganho obtido em relação à capacidade de predição dos modelos, a redução do tempo de identificação e o ganho de desempenho do controlador MPC que utiliza estes modelos. O trabalho conclui que a informação de zeros resulta em melhorias no tempo de identificação e no desempenho do controlador MPC. / This work aims to evaluate different methods to identify zeros in the transfer matrix of MIMO systems and to propose a new method based on correlation analysis. These methods are used during the pre-identification stage in order to identify relevant information that can be used to reduce the duration of the experiment, decrease model parameter variability and improve the accuracy of the remaining models. These methods are applied to MIMO linear systems, with data collected in open and closed-loop. The gains obtained in relation to the predictive ability of the models, the reduction of identification time and the performance gain of the MPC using these models are evaluated. This work concludes that the zero information results in improvements in identification time and in performance gain of the MPC controller.

Modelos preditivos de mercado são ferramentas importantes para tomadores de decisões no âmbito público e privado. Devido à complexidade dinâmica do mercado imobiliário, composta pela interação de dois submercados distintos (mercado de ativos imobiliários e mercado de consumo de espaço) e pela limitação de dados disponíveis, o estudo analítico de mercados imobiliários requer a modelagem paramétrica de um sistema de equações que os descrevam, seguido pela identificação dos parâmetros deste sistema utilizando dados reais de uma região. Neste trabalho, estudamos o modelo dinâmico de mercado imobiliário proposto por Wheaton (1999), criado a partir do popular modelo de quatro quadrantes de autoria de DiPasquale e Wheaton (1996). Utilizamos técnicas de identificação de sistemas para elaborar um modelo de aprendizado para o estoque imobiliário, e o implementamos em Matlab. Aplicamos o método elaborado em dados simulados, para validá-lo, e então aplicamos o mesmo método, com adaptações, em dados reais do mercado imobiliário canadense. Os resultados obtidos validam o método de identificação de sistema dinâmico quando testado em dados simulados, e corroboram o modelo de Wheaton (1999) como modelo preditivo em dados reais. Ademais, os resultados indicam que um modelo que seja capaz de entender a evolução dinâmica dos parâmetros estáticos do modelo de Wheaton (1999), poderia melhorar os resultados deste como ferramenta preditiva. / Predictive market models are important tools for decision-makers in the public and private spheres. Due to the dynamic complexity of the real estate market, consisting of the interaction of two distinct submarkets (real estate asset market and space consumption market) and the lack of real estate data, the analytical study of real estate markets requires the parametric modeling of a system of equations describing them, followed by the identification of the parameters of this system using real data from a region. In this work, we study the dynamic real estate market model proposed by Wheaton (1999), created from the popular four-quadrant model of DiPasquale e Wheaton (1996). We use system identification techniques to develop a learning model for real estate inventory data, and implement it in Matlab. We apply the method devised in simulated data to validate it, and then apply the same method with adaptations in real data of the Canadian real estate market. The results validate the dynamic system identification method when tested in simulated data, and corroborate the Wheaton (1999) model as a predictive model in real data. In addition, the results indicate that a model that is able to understand the dynamic evolution of the static parameters of the Wheaton (1999) model, could improve its results as a predictive tool.

A Identificação de Sistemas é uma das técnicas utilizadas para se obter a representação matemática de um sistema. Diversos métodos podem ser aplicados para se obter um modelo matemático através da identificação de sistemas, entre eles o método de identificação assintótico, também chamado de ASYM (Zhu, 1998). Este trabalho propõe aplicar o método de identificação assintótico em sistemas SISO para a obtenção de modelo de sistemas ditos caixa-preta e avaliar o seu desempenho buscando também o melhor detalhamento do método. Os modelos obtidos foram avaliados de acordo com sua nota calculada através do método ASYM, através da comparação do índice de ajuste fit para autovalidação e validação cruzada e pela variância dos parâmetros dos modelos. O método ASYM é exaustivamente testado para sua avaliação. Entre os testes realizados neste trabalho destacam-se dois experimentos tipo Monte-Carlo com mais de quinhentas identificações e a aplicação do método em uma planta real. Os testes comprovaram a viabilidade da aplicação do método assintótico na identificação de sistemas SISO do tipo caixa-preta com excelente desempenho para estruturas ARMAX. / System Identification is one of the techniques used to obtain the mathematical representation of a system. Several methods can be applied to obtain a mathematical model by the system identification, including the asymptotic method, also called ASYM (Zhu, 1998). This work proposes to apply the ASYM method for SISO systems identification, then obtain models of black-box systems called \"black box\" and evaluate its performance and show details of the method. The models obtained were evaluated according to their grade calculated using the ASYM method, by comparing the fit adjustment index, self-validation and cross validation and the variance of model parameters. The asymptotic method has been extensively tested to be evaluated. Among the tests in this work, two stand out such Monte Carlo experiments with more than five hundred identifications and a real plant identification. The tests proved the feasibility of applying the asymptotic method in the \"black box\" SISO systems identification with excellent performance for ARMAX structures.

Este trabalho apresenta uma extensão à formulação multivariável do método de controle baseado em dados conhecido como o Método da Referência Virtual, ou Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT). Ao lidar com processos onde o ruído é significativo, as formulações tradicionais do VRFT, por mínimos quadrados ou variáveis instrumentais, apresentam propriedades estatísticas insatisfatórias, que acabam levando o sistema de controle em malha fechada a desempenhos muito distantes daqueles especificados pelo projetista. Portanto, visando aprimorar a qualidade destas estimativas e, consequentemente, os desempenhos em malha fechada, esta dissertação propõe a adição de regularização no método VRFT para sistemas multivariáveis. Regularização é uma ferramenta que vem sendo amplamente utilizada e desenvolvida nos últimos anos nas comunidades de Identificação de Sistemas e Machine Learning e é indicada para reduzir a alta covariância que existe nas estimativas - problema que ocorre na formulação do VRFT com variáveis instrumentais. Também, como contribuições deste trabalho destacam-se uma análise mais detalhada do problema de identificação com regularização para sistemas multivariáveis, assim como o desenvolvimento da matriz ótima de regularização para este cenário e as propriedades da nova formulação do VRFT. Para demonstrar a eficiência desta nova formulação do VRFT são desenvolvidos exemplos numéricos. / This work proposes a new extension for the multivariable formulation of the datadriven control method known as Virtual Reference Feedback Tuning. When the process to be controlled contains a significant amount of noise, the standard VRFT approach, that uses either the least squares method or the instrumental variable technique, yield estimates with very poor statistical properties, that may lead the control system to undesirible closed loop performances. Aiming to enhance these statistical properties and hence, the system’s closed loop performance, this work proposes the use of regularization on the multivariable formulation of the VRFT method. Regularization is a feature that has been widely used and researched on the System Identification and Machine Learning communities on the last few years, and it is well suited to cope the high variance issue that emerge on the VRFT method with instrumental variable. Also, a more detailed analysis on the use of regularization for identification of multivariable systems, the proof of the optimal regularization matrix and the exposure of the new regularized VRFT properties can be highlighted as novelties of this work.

The development of Advanced Driving Assistance Systems (ADAS) produces comfort and safety through the application of several control theories. One of these systems is the Adaptive Cruise Control (ACC). In this work, a distribution of two control loops of such system is developed for an embedded application to a vehicle. The vehicle model was estimated using the system identification theory. An outer loop control manages the radar data to compute a suitable cruise speed, and an inner loop control aims for the vehicle to reach the cruise speed given a desired performance. For the inner loop, it is used two different approaches of model predictive control: a finite horizon prediction control, known as MPC, and an infinite horizon prediction control, known as IHMPC. Both controllers were embedded in a microcontroller able to communicate directly with the electronic unit of the vehicle. This work validates its controllers using simulations with varying systems and practical experiments with the aid of a dynamometer. Both predictive controllers had a satisfactory performance, providing safety to the passengers. / A inclusão de sistemas avançados para assistência de direção (ADAS) tem beneficiado o conforto e segurança através da aplicação de diversas teorias de controle. Um destes sistemas é o Sistema de Controle de Cruzeiro Adaptativo. Neste trabalho, é usado uma distribuição de duas malhas de controle para uma implementação embarcada em um carro de um Controle de Cruzeiro Adaptativo. O modelo do veículo foi estimado usando a teoria de identificação de sistemas. O controle da malha externa utiliza dados de um radar para calcular uma velocidade de cruzeiro apropriada, enquanto o controle da malha interna busca o acionamento do veículo para atingir a velocidade de cruzeiro com um desempenho desejado. Para a malha interna, é utilizado duas abordagens do controle preditivo baseado em modelo: um controle com horizonte de predição finito, e um controle com horizonte de predição infinito, conhecido como IHMPC. Ambos controladores foram embarcados em um microcontrolador capaz de comunicar diretamente com a unidade eletrônica do veículo. Este trabalho valida estes controladores através de simulações com sistemas variantes e experimentos práticos com o auxílio de um dinamômetro. Ambos controladores preditivos apresentaram desempenho satisfatório, fornecendo segurança para os passageiros.

Os MEMS (MicroElectroMechanical Systems) fazem parte de uma tecnologia que vem conquistando o mercado mundial. Seu desempenho, confiabilidade e economia de energia são suas principais características. O interesse comercial nesta tecnologia movimenta bilhões de dólares ao ano. Esta crescente demanda de MEMS exige que cada dispositivo seja testado, garantindo a qualidade de todos os dispositivos que vão para o mercado. Porém o custo dos testes é elevado, podendo chegar a 50% do custo dependendo da complexidade da estrutura. Os sensores MEMS, principalmente os de ação inercial, necessitam diversos testes baseados em estímulos físicos. Com a finalidade de reduzir os custos dos testes, a simulação fornecida pela modelagem matemática se apresenta como uma ferramenta de baixo custo. Porém os conhecimentos físicos da escala micrométrica são limitados. Uma alternativa para superar estes problemas é a identificação de sistemas. A identificação é uma técnica não invasiva que obtém o modelo matemático que explica de forma aproximada, a relação de causa e efeito entre dados observados. Por isso, este trabalho propõe o uso da identificação de sistemas para representar o modelo comportamental de MEMS baseados em deformação elástica. São identificados dois conjuntos de modelos: ARX para sistemas sem ruído e ARMAX para sistemas com ruído. Na maioria dos casos os modelos apresentaram desempenho eficiente. Apenas um dos casos do modelo ARMAX apresentou desempenho abaixo do esperado. Os resultados são validados através da análise do desempenho comportamental e análise do erro percentual. Logo, as técnicas utilizadas se mostram práticas e validas na identificação do modelo de um dispositivo MEMS. / 101 f.

Nas últimas décadas, a utilização de dispositivos portáteis, dos mais variados tipos, tem aumentado significativamente devido à proliferação no acesso à tecnologia sem fio. Estes dispositivos são alimentados por uma bateria recarregável, assim o seu uso está limitado ao tempo de duração da bateria. A bateria recarregável, que está presente nos mais diversos equipamentos como, por exemplo, notebooks, telefones celulares, ipads,tablets, câmeras digitais é o objeto de estudo deste trabalho, pois há uma crescente preocupação por parte dos fabricantes de dispositivos móveis em torná-la cada vez menor, mais leve e com uma capacidade cada vez maior, a fim de proporcionar maior mobilidade aos usuários. Neste contexto, é importante possuir algum método para realizar a predição do tempo de vida da bateria e assim determinar o tempo que o dispositivo poderá se manter operacional, sem a necessidade de recarga. Uma das formas é através da utilização de modelos matemáticos que descrevem o consumo de energia dos aparelhos. Portanto, o principal objetivo deste trabalho é apresentar a modelagem matemática do tempo de vida de baterias de Lithium-Ion, modelo BL-5F, presente em telefones celulares da marca Nokia a partir do uso de modelos paramétricos lineares da teoria de Identificação de Sistemas. Para a realização desta modelagem matemática é necessária a determinação da ordem dos modelos, para isto são utilizadas duas metodologias: o Método da Exaustão e o Método da AutoCorrelação e AutoCorrelação Parcial. A partir da análise dos resultados da modelagem matemática, considerando estas duas metodologias, observou-se que a metodologia da análise da autocorrelação, para a determinação da ordem dos modelos, é mais prática, possui um menor custo computacional, determinando modelos de ordem 2, do tipo ARX, para descrever o tempo de vida de baterias usadas em dispositivos móveis. / 93 f.

As aeronaves do tipo multirrotor são investigadas pela percepção tridimensional, a mobilidade, a estabilidade de voo e baixo custo de construção. Vários tipos de controladores vêm sendo utilizados para garantir a estabilidade da mesma. Cabe destacar o controlador adaptativo, cujo desempenho é definido por um identificador que lhe precede e monitora simultaneamente o processo a controlar. A especificação dos parâmetros do identificador permite estabelecer critérios de conexão entre controlador e o próprio identificador. Portanto, o objetivo deste trabalho de investigação é propor uma metodologia para especificar o identificador e constatar se este atende aos requisitos do controlador adaptativo quando utilizado no controle de propulsores eletromecânicos. O projeto de identificadores é associado às técnicas de modelagem matemática caixa preta, portanto, a metodologia a ser usada consiste em: testes para a coleta de dados, definição da estrutura do modelo, escolha da ordem do modelo, estimação dos parâmetros e validação do modelo. Os identificadores a ser investigados são os métodos de gauss-newton, gauss-newton adaptado, levenberg-marquardt, mínimos quadrados não lineares e gradiente de descida. Por fim, pela comparação da simulação do modelo com os dados da plataforma e a análise residual, o modelo é validado. Diante disso, conclui-se que os modelo propostos são capazes de descrever as características do sistema de propulsão eletromecânico, porém o que apresentou melhor resultado foi o método de gauss-newton adaptado e poderá contribuir para novas técnicas de controle. / 78 f.