Sistemas supervisórios são sistemas computacionais que permitem a monitoração de informações de processos produtivos ou de dispositivos de automação e de plantas industriais. Neste trabalho é proposto um framework para construção de tais sistemas, direcionada a dispositivos móveis, tais como Personal Digital Assistants (PDAs), telefones celulares e computadores de bolso. O framework proposto define uma arquitetura que é implementada gerando sistemas supervisórios com três características principais: (i) as telas de supervisão são construídas com base em um modelo orientado a objetos que utiliza conceitos da área da aplicação, mapeando o mundo real para um modelo computacional; (ii) o projeto de sistemas supervisórios apresenta flexibilidade com relação aos recursos computacionais disponíveis, oferecendo opções para armazenamento local ou remoto de dados multimídia, com o objetivo de não sobrecarregar os dispositivos móveis onde são executados; (iii) os sistemas supervisórios são capazes de se adaptarem dinamicamente às variações na Qualidade de Serviços (QoS) oferecidos pela infra-estrutura de comunicação, ajustando as suas telas gráficas em função de uma especificação de requisitos definidos em tempo de projeto e do nível de QoS obtido na rede em tempo de execução. Duas ferramentas computacionais são propostas e desenvolvidas no âmbito deste trabalho: (i) a primeira responsável pelo ambiente de desenvolvimento dos projetos de sistemas supervisórios, que resulta na geração automática de código em linguagem Java, correspondente à aplicação de supervisão; (ii) a segunda é responsável pela adaptação de mensagens e comunicação de dados entre as aplicações de supervisão projetadas e outros sistemas supervisórios e de controle, disponíveis no mercado. Os conceitos propostos neste trabalho foram validados através de três estudos de caso descritos na presente dissertação. / Supervisory systems are computational systems which allow information monitoring of production processes or automation and technical plant devices. This paper proposes a framework for building supervisory systems, targeted to mobile devices, such as Personal Digital Assistants (PDAs), cell phones and Pocket PCs. The proposed framework allows the development of supervisory systems with three main characteristics: (i) supervision screens, which graphically depict the technical plant, are built using an object oriented model that uses concepts of the application area, allowing a direct mapping of real world concepts, such as automation devices to a computational model; (ii) the supervisory systems project presents flexibility about the available computational resources, offering options for local or remote storing of multimedia and graphical data, with the purpose of not overloading the mobile devices where they are executed; (iii) the supervisory systems runtime environment can dynamically adapt to variations in the Quality of Services (QoS) offered by the communication infrastructure, adjusting their graphic displays by comparing required and offered QoS. Two computational tools are proposed and developed in this work: (i) the first one supports the development of supervisory systems and allows, from an object-oriented model of the application, an automatic code generation - in Java language - of the supervision application; (ii) the second one is responsible for the online adaptation of messages and data communication among the projected supervision applications and other control and supervisory systems. The proposed concepts are validated through three case studies described in the present dissertation.

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para a síntese simultânea de controlador e laço anti-windup visando o problema de seguimento de referências em sistemas sujeitos à saturação. Além do projeto dos controladores, será apresentada uma estimativa dos domínios de estabilidade e do conjunto de referências admissíveis. O seguimento de referências constantes e a rejeição de perturbações, também constantes, será garantido pelo princípio do modelo interno, ou seja, uma ação integral será adicionada a uma malha de controle com realimentação de saída. Além da adição desta ação integral, uma mudança de coordenadas será aplicada ao sistema, onde será garantido que o único ponto de equilíbrio que garante erro nulo de seguimento está no interior da sua região de linearidade. Os efeitos da saturação no sistema serão considerados através de condições de setor modificadas, as quais introduzem novos graus de liberdade ao projeto. Em um primeiro momento, a metodologia será aplicada para sistemas de tempo contínuo, considerando um esquema de controle conhecido como “integradores inteligentes”. Posteriormente, este esquema será simplificado, no que foi chamado de solução “clássica”. Além de apresentar um esquema de controle mais simples e um número menor de condições, estas condições são obtidas diretamente na forma de LMIs, evitando assim, a utilização de esquemas iterativos. Alguns problemas de otimização serão apresentados, podendo levar a três objetivos de controle distintos: maximização da referência admissível, maximização da condição inicial e maximização da perturbação admissível. Por meio de exemplos, será mostrado que esta solução apresenta resultados menos conservativos do que os apresentados na literatura corrente, além de chamar a atenção para um problema ignorado por outros autores. Este problema se refere à existência de pontos de equilíbrio dentro dos domínios de estabilidade mas fora da região linear, o que impossibilita a garantia de erro de seguimento nulo. Num segundo momento, esta metodologia será estendida para sistemas de tempo discreto. Mais uma vez, condições LMI serão obtidas a fim de projetar os controladores e oferecer estimativas dos domínios de estabilidade. Por não haver uma referência direta para comparação dos resultados, a metodologia será aplicada para exemplos estáveis, instáveis e com integradores, tanto no caso monovariável quanto no caso multivariável. Finalmente, será apresentado um estudo dos pontos de equilíbrio fora da região de linearidade, como mencionado anteriormente, considerando tanto sistemas de tempo contínuo quanto em tempo discreto. Este estudo será realizado para alguns tipos de sistemas, considerando apenas o caso monovariável. Será provado que estes equilíbrios só são possíveis em plantas assintoticamente estáveis, exigindo a consideração de uma condição extra na solução do problema de otimização. / This work addresses the problem of tracking constant references for linear systems subject to control saturation. The main idea is to present LMI conditions in order to design both a stabilizing controller and an anti-windup gain. These conditions ensure that the trajectories of the closed-loop system are bounded by an invariant ellipsoidal set, provided that the initial conditions are taken in this set and the references and the disturbances belong to a certain admissible set. The constant reference tracking and constant disturbance rejection is taken into account by the internal model principle, i. e., considering the introduction of an integral action in a unitary output feedback scheme. We also introduce the error co-ordinate representation, where is proved that there exists only one equilibrium point inside the linearity region and that this equilibrium point ensures perfect reference tracking. In order to consider the saturation effects, we use a modified sector condition, introducing new degrees of freedom to the synthesis problem. In a first step, the proposed framework was applied to the control scheme called “intelligent integrators”, regarding continuous-time systems. However, this control scheme does not allow the simultaneous synthesis so it is simplified to the so called “classical” anti-windup scheme. Based on this simplified control structure, LMI conditions are directly derived, avoiding therefore the necessity of applying iterative schemes. Convex optimization problems aiming at the maximization of the invariant set of admissible states and/or the maximization of the set of admissible references/disturbances are proposed. We show, by means of an example, that the obtained results are less conservative than the ones previously presented in related works. In these examples, we also show that a study about the existence of other equilibria inside the invariant set is worthwhile. Later, the proposed framework is extended to discrete-time systems, where new LMI conditions are presented in order to synthesize the controller and present an estimate of the stability domains. Due to a lack of related works, our framework is applied to stable, unstable and integrator examples. These examples consider both single and multi-variable systems. Finally, we conclude this work with a study about the possibility of existence of other equilibria inside the invariant set. For the single-input case, we show that this is only possible if the open-loop system is asymptotically stable. In this case, in order to avoid convergence to these points, additional constraints on the admissible references to be tracked should be considered. It is worth to emphasize that such kind of analysis has not been performed in previous works.

As escavações subterrâneas têm estado sempre afetadas pelas condições dos maciços, os quais apresentam diferentes características e comportamentos frente a deformações ocasionadas após a escavação de uma galeria ou túnel. Em virtude disto, torna-se necessário uma análise dos parâmetros que permitam estabelecer as condições de segurança do túnel e propõe-se o uso de um sistema estéreo de rastreamento ótico para analisar o deslocamento de artefatos (conjunto de marcadores) instalados sobre o contorno das faces do túnel, a fim de detectarem-se deslocamentos do maciço em pontos estabelecidos com precisão menor a ±1 mm. O sistema proposto opera na região espectral do infravermelho, permitindo assim uma operação em ambientes com baixa luminosidade e com inserção de ruído ótico. Adicionalmente o trabalho inclui resultados de validação e desenvolvimento do sistema de visão estéreo baixo condições de dois cenários de diferente volume espacial, assim como o procedimento realizado para a calibração dos parâmetros intrínsecos e extrínsecos dos sensores do sistema (câmeras monocromáticas). Os resultados obtidos apresentam uma precisão de ±0,1881 mm para artefatos com três marcadores e uma precisão de ±0,4952 para artefatos com quatro marcadores. Finalmente, o sistema opera com uma sensibilidade de 0,99 mm na determinação da posição de um artefato associado a um ponto do perfil do túnel, e desta forma, podem-se definir as condições de estabilidade do maciço rochoso e os requisitos para auxilio as decisões de métodos de tratamento e aumento da segurança. / Underground excavations have always been affected by the conditions of mass, which have different characteristics and behaviors against deformation caused after excavation of a gallery or tunnel. Because of this, it is necessary an analysis of the parameters needed to establish the safety conditions of the tunnel and it is proposed the use of a stereo optical tracking to analyze the displacement of artifacts (set of markers) installed on the contour of tunnels’ faces in order to detect displacements of the mass points established with a precision lower than ±1 mm. This system operates in the infrared spectral region to take advantage of the low light and reduce the optical noise in environments with grace. Further work includes validation results and development of low stereo vision conditions of two different scenarios spatial volume, as well as the procedure carried out to calibrate the intrinsic and extrinsic parameters of the system sensors (monochrome camera) system. The results show an accuracy of ± 0,1881 mm for artifacts with three markers and an accuracy of ± 0,4952 for artifacts with four markers. Finally, the system operates with a sensitivity of 0,99 mm in the determination of an artifact associated with a point in the tunnel profile position, and thus, one can define the conditions for stability of the rock mass and assistance requirements for the decisions of treatment methods and increased.

Este trabalho apresenta a proposta de um instrumento para utilização nos ensaios previstos nas Normas Brasileiras para certificação das instalações elétricas de baixa tensão. Descreve-se o projeto e a implementação do instrumento desenvolvido, bem como a metodologia para a execução dos testes de conformidade, de acordo com as Normas Brasileiras aplicáveis, utilizando os recursos disponíveis na instrumentação proposta. Um conjunto de testes para exemplificação de uso e validação dos testes é também apresentado. / This work presents an instrumentation system to perform tests and certification of low voltage electrical networks on residential and industrial buildings in accordance to Brazilian Norms. It intends to propose a methodology for tests executions using available resources on the developed instrumentation system. To show how the proposed system works several tests were done regarding to attend Brazilian technical standards.

Este trabalho apresenta a proposta de um instrumento para utilização nos ensaios previstos nas Normas Brasileiras para certificação das instalações elétricas de baixa tensão. Descreve-se o projeto e a implementação do instrumento desenvolvido, bem como a metodologia para a execução dos testes de conformidade, de acordo com as Normas Brasileiras aplicáveis, utilizando os recursos disponíveis na instrumentação proposta. Um conjunto de testes para exemplificação de uso e validação dos testes é também apresentado. / This work presents an instrumentation system to perform tests and certification of low voltage electrical networks on residential and industrial buildings in accordance to Brazilian Norms. It intends to propose a methodology for tests executions using available resources on the developed instrumentation system. To show how the proposed system works several tests were done regarding to attend Brazilian technical standards.

Este trabalho apresenta a proposta de um instrumento para utilização nos ensaios previstos nas Normas Brasileiras para certificação das instalações elétricas de baixa tensão. Descreve-se o projeto e a implementação do instrumento desenvolvido, bem como a metodologia para a execução dos testes de conformidade, de acordo com as Normas Brasileiras aplicáveis, utilizando os recursos disponíveis na instrumentação proposta. Um conjunto de testes para exemplificação de uso e validação dos testes é também apresentado. / This work presents an instrumentation system to perform tests and certification of low voltage electrical networks on residential and industrial buildings in accordance to Brazilian Norms. It intends to propose a methodology for tests executions using available resources on the developed instrumentation system. To show how the proposed system works several tests were done regarding to attend Brazilian technical standards.