Orientador: Suely Cunha Amaro Mantovani / Banca: Nobuo Oki / Banca: Carlos Aurélio Faria da Rocha / Resumo: A proposta deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema de navegação de um robô móvel autônomo utilizando-se de técnicas da lógica fuzzy, aqui desenvolvida na linguagem de descrição de hardware, VHDL, e a sua implementação em uma placa DE2 do fabricante Altera, usando o software de desenvolvimento, Quartus II, do mesmo fabricante. O objetivo do sistema de navegação proposto é o de que o protótipo do robô caminhe sem colidir em nenhum obstáculo (ande para frente, para esquerda, para direita e pare) usando para comunicação externa com o ambiente, três sensores de distância localizados um em cada lado do robô e um na frente, atuando através dessas informações em dois motores de passo. Os resultados desta implementação obtidos em simulação são satisfatórios e foram comparados aos resultados obtidos como o mesmo processo no MATLAB. / Abstract: The purpose of this work is to develop a navigation system of an autonomous mobile robot using fuzzy logic techniques, developed here in the hardware description language, VHDL, and its implementation on a DE2 - Altera board manufacturer, using the software development Quartus II, from the same manufacturer. The navigation system proposed in this work aims that the prototype robot rides without bumping into any obstacles (goes forward, to the left, to the right and stop) using for communication with the external environment three distance sensors, located one on each side of the robot and one at the front and acting through these information in two stepper motors. Simulation results obtained in the implementation developed here are reasonable compared to the same process done in MATLAB. / Mestre

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Erica Regina M. D. Machado / Banca: José Roberto Castilho Piqueira / Resumo: Este trabalho aborda o problema de modelagem e controle de uma classe de sistemas não-lineares utilizando modelos Fuzzy Takagi-Sugeno (TS). A contribuição principal foi a flexibilização dos ganhos do controlador, em função das condições iniciais da planta, tornando os controladores mais relaxados. A matriz X, positiva definida, relacionada à função de Lyapunov V(x(t))=xT(t)X-1x(t) é relaxada utilizando o conceito de politopo, em relação ao politopo das condições iniciais. O controlador, descrito por modelos fuzzy TS do mesmo tipo da planta, apresenta seus ganhos dependentes das condições iniciais. As análises de estabilidade e problemas de projetos de sistemas de controle são descritos através de Desigualdades Matriciais Lineares (em inglês, Linear Matrix Inequalities (LMIs)), que podem ser resolvidos eficientemente por técnicas de programação convexa. As técnicas de projeto também permitem a especificação da resposta transitória através da taxa de decaimento e especificação de restrições nas entradas e saídas do sistema. O projeto e a simulação do controle de um sistema bola-viga ilustram a aplicação das condições relaxadas de estabilidade para sistemas não-lineares. / Abstract: This work considers the problem of modeling and designing of a class of nonlinear systems, described by Takagi-Sugeno (TS) fuzzy models. The main contribution was the flexibility of the controller s gains, was a functions of the initial conditions of plant, making the controllers to be more relaxed. The matrix X, positive definite, related to the Lyapunov function V(x(t))=xT(t)Px(t) is relaxed using the concept of convex polytope, in relation to the polytope of the initial conditions. The controller, that is described by a Takagi-Sugeno model with the same structure of the plant, has its gains depending on the initial conditions of the plant. The analysis of stability and problems of designing of control systems are described as the solution of LMIs (Linear Matrix Inequalities) that can be efficiently solved by convex programming techniques. The design methods also allows the specification of the decay rate, constraints on control input and output. One of the proposed methods system is applied in the control of a ball-beam. / Mestre

As atividades humanas geram um conjunto de impactos negativos que afetam os ecossistemas aquáticos das bacias hidrográficas em geral. Essa deterioração dos corpos dágua está relacionada também ao crescimento e à diversificação das atividades agrícolas, assim como ao aumento da urbanização. Diante do exposto, o objetivo desta pesquisa foi avaliar a integração das ferramentas de suporte à decisão, predição da cobertura do solo e análise multicritérios, na dinâmica de áreas de conservação ambiental da Bacia Hidrográfica da Represa do Lobo (Itirapina, SP). Para isso, foi realizada a classificação supervisionada de imagens de satélites para a obtenção da cobertura do solo para os anos 2008, 2013 e 2018. Por meio de modelagem obteve-se a cobertura do solo para o ano 2028. Por fim, aplicou-se a avaliação multicritérios (padronização; hierarquização e geração de pesos; e ponderação) para a elaboração de cenários contendo os níveis de conservação para os anos 2008, 2018 e 2028. Os níveis de conservação para a data atual também foram obtidos em campo por meio de aplicação de um protocolo da diversidade de habitats nas estações seca e chuvosa. Os resultados demonstraram que houveram mudanças significativas durante o período analisado, mas principalmente nas classes relacionadas às perturbações antrópicas. O padrão espacial da bacia demonstrou que a área antropizada, a pastagem e o reflorestamento são as classes dominantes. A vegetação natural foi identificada em fragmentos nas áreas de nascentes do rio Itaqueri e ribeirão do Lobo, o que pode afetar de forma drástica esses corpos hídricos. Os maiores valores de conservação ambiental foram obtidos nas áreas de proteção ambiental e proteção permanente. No entanto, as áreas onde estão localizadas as nascentes do rio Itaqueri e ribeirão do Lobo resultaram principalmente em valores baixos e médios de conservação ambiental. Foram obtidos valores baixos em áreas no entorno da represa, devido as atividades de turismo e lazer. Diante do exposto, a integração das metodologias se mostrou satisfatória para a avaliação da dinâmica de áreas de conservação ambiental e os respectivos resultados podem auxiliar em um planejamento estratégico para a gestão adequada voltada à sustentabilidade dos recursos naturais da região. / In addition to the permanent protection areas, it is necessary that the entire watershed ecosystem is balanced, however, human activities generate a set of negative impacts that affect aquatic ecosystems. This deterioration of the water bodies is also related to the growth and diversification of agricultural activities, as well as to the increase of urbanization. In view of the above, the objective of this research was to evaluate the integration of decision support tools, soil cover prediction and multicriteria analysis, in the dynamics of environmental conservation areas in Lobo Reservoir Basin Basin (Itirapina, SP). For this, the supervised classification of satellite images allowed to obtain the soil cover for the years 2008, 2013 and 2018. The soil cover for the year 2028 was obtained by modeling. Finally, the multicriteria evaluation was apllied (standardization, hierarchy and weight generation and weighting) for the elaboration of conservation levels scenarios for the years 2008, 2018 and 2028. Conservation levels for the current date were also obtained in the field by means of application of a habitat diversity protocol in dry and rainy seasons. The results showed that there were significant changes during the analyzed period, but mainly in the classes related to anthropic disturbances. The spatial pattern of the basin has shown that the anthropic area, pasture and reforestation are the dominant classes. The natural vegetation was identified in fragments in the springs of the Itaqueri and Lobo rivers, which can drastically affect these water bodies. The highest environmental conservation values were found where the environmental protection areas and riparian forest are located. However, the areas where the springs of the Itaqueri and Lobo rivers are located have mainly resulted in low and medium values. Low values were obtained in areas around the reservoir, due to tourism and recreation activities. Thus, the integration of the methodologies was satisfactory for the dynamics evaluation of environmental conservation areas and the respective results can help in a strategic planning for the proper management directed to the sustainability of the natural resources of the region.

Se presenta el diseño e implementación de un vehículo submarino operado remotamente con un sistema de estabilización automático. El vehículo submarino o ROV, por sus siglas en inglés (Remotly Operated Vehicle), tiene tres grados de libertad que le permiten realizar el movimiento arriba-abajo, adelante-atrás y el giro izquierda-derecha. El sistema de estabilización permite que el ROV se mantenga enfocado a un objetivo predeterminado y pueda seguirlo gracias a técnicas de visión por computadora que determinan la distancia y orientación del objetivo y, a un controlador de lógica difusa que gobierna un sistema de propulsión a chorro direccionado por un sistema de transmisión. / Tesis

Orientador: Luís Roberto Almeida Gabriel Filho / Coorientador: Fernando Ferrari Putti / Coorientadora: Camila Pires Cremasco Gabriel / Resumo: Normalmente a horticultura utiliza de irrigação artificial para suprir as demandas hídricas das plantas, mas os produtores, em geral, não são criteriosos na utilização das lâminas de reposição, o que acarreta desperdício de água e energia elétrica aumentando os custos de produção. Outro fato é a crescente quantidade de pesquisas sobre a utilização de água tratada magneticamente (ATM) empregada nas atividades agrícolas. Estas pesquisas têm mostrado aprimoramentos produtivos para diversas culturas. Este trabalho apresenta um Sistema Baseado em Regras Fuzzy (SBRF) para avaliação da cultura do rabanete para a lâmina de irrigação a 100% da evapotranspiração. Foram utilizados para o SBRF dados experimentais obtidos por experimento que avaliou a influência da água tratada magneticamente no desenvolvimento de rabanetes. O experimento foi realizado durante os meses de setembro a novembro de 2013, em uma casa de vegetação nas dependências do Departamento de Engenharia Rural da UNESP, Faculdade Ciências Agronômicas, Fazenda Experimental Lageado, localizada no município de Botucatu, São Paulo. Para a elaboração do SBRF, definiu-se um processador de entrada (fuzzificador), um conjunto de regras linguísticas, um método de inferência fuzzy e um processador de saída (defuzzificador), gerando um número real como saída. Este SBRF representa uma função F:X_1×X_2⊆R⟶R^10. O contradomínio R^10 representa as dez variáveis de saída avaliadas: Número de Folhas (NF), Comprimento da Raiz (CR), Diâmetro... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Normally the horticulture uses artificial irrigation to meet the water demands of the plants, but the producers, in General, are not careful in the use of replacement blades, which carries waste of water and electricity by increasing the production costs. Another fact is the growing amount of research on the use of magnetically treated water (MTW) employed in agricultural activities. These researches have shown production enhancements to diverse cultures. This paper presents a Fuzzy rule-based System (FRBS) for evaluation of the culture of radish in two production cycles for the blade of the 100% irrigation of evapotranspiration. Were used for the FRBS the experimental data obtained by experiment that evaluated the influence of magnetically treated water in the development of radishes. The experiment was conducted during the months of September to November 2013, in a greenhouse on the premises of the Department of Rural Engineering of UNESP, Agronomic Sciences College, the Experimental Farm Lageado, located in the city of Botucatu, São Paulo. For FRBS, defined an input processor (fuzzificator), a set of linguistic rules, a fuzzy inference method and an output processor (defuzzificator), generating a real number as output. This FRBS represents a function F: X × X ⊆ ℝ⟶ℝ . The codomain ℝ, represents the ten evaluated output variables: number of leaves (NF), length of root (CR), diameter of the bulb (DB), length of the bulb (CB), Green root Weight (PVR), Green Leaf Weight (... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O controle de flutter é um problema cuja solução é almejada ao longo de décadas e que ainda se apresenta como um desafio considerável. Os desafios residem basicamente no projeto de dispositivos de atuação eficientes e na síntese das leis de controle. A lógica difusa se mostra como uma técnica promissora e efetiva de controle. Neste trabalho é proposto um controlador difuso para o controle de flutter em uma asa com aerofólio do tipo NACA 0012, tendo como superfície de controle um flap. Este modelo físico é acoplado a um dispositivo elástico de sustentação da asa - DESA, que possibilita os movimentos de arfagem e deslocamento vertical. Para o desenvolvimento do modelo matemático são utilizadas as Equações de Lagrange e o Princípio do Trabalho Virtual. A determinação dos parâmetros estruturais do conjunto ASA/DESA é realizada a partir de um modelo em elementos finitos e de uma análise modal experimental. Os modos de vibrar são determinados através do ERA - Eigensystem Realization Algorithm. O estudo da atuação do controlador difuso é realizado através de simulação computacional e de análise experimental. Dois modelos difusos são utilizados na construção do controlador, o de Mamdani e o de Takagi-Sugeno-Kang. Os resultados obtidos mostram que o controlador difuso, para os dois modelos, é bastante eficiente no controle do flutter. / Flutter control is a problem for which solution has been longed for decades and still is a considerable challenge. The challenges reside basically in the development of devices with efficient performance and in the synthesis of the control laws. Fuzzy logic appears as a promising and effective technique of control. In this work, a fuzzy controller is proposed for flutter control of a wing with NACA 0012 airfoil section, having as control surface a trailing edge flap. This physical model is coupled to the elastic support device of the wing - DESA, which allows plunge and pitch displacements. For the development of the mathematical modeI, the Lagrange Equations and the Principle of the Virtual Work are used. The determination of the structural parameters of the Wing/DESA device is accomplished starting from a finite element model and from an experimental modal analysis. The vibrating modes are obtained using the Eigensystem Realization AIgorithm - ERA. The study of the fuzzy controllers performance is accomplished through simulation and experimental analysis. Two fuzzy models are used for the controller: the Mamdani and the Takagi- Sugeno-Kang. The results show that both fuzzy controllers are quite efficient in the control of flutter.

O controle de flutter é um problema cuja solução é almejada ao longo de décadas e que ainda se apresenta como um desafio considerável. Os desafios residem basicamente no projeto de dispositivos de atuação eficientes e na síntese das leis de controle. A lógica difusa se mostra como uma técnica promissora e efetiva de controle. Neste trabalho é proposto um controlador difuso para o controle de flutter em uma asa com aerofólio do tipo NACA 0012, tendo como superfície de controle um flap. Este modelo físico é acoplado a um dispositivo elástico de sustentação da asa - DESA, que possibilita os movimentos de arfagem e deslocamento vertical. Para o desenvolvimento do modelo matemático são utilizadas as Equações de Lagrange e o Princípio do Trabalho Virtual. A determinação dos parâmetros estruturais do conjunto ASA/DESA é realizada a partir de um modelo em elementos finitos e de uma análise modal experimental. Os modos de vibrar são determinados através do ERA - Eigensystem Realization Algorithm. O estudo da atuação do controlador difuso é realizado através de simulação computacional e de análise experimental. Dois modelos difusos são utilizados na construção do controlador, o de Mamdani e o de Takagi-Sugeno-Kang. Os resultados obtidos mostram que o controlador difuso, para os dois modelos, é bastante eficiente no controle do flutter. / Flutter control is a problem for which solution has been longed for decades and still is a considerable challenge. The challenges reside basically in the development of devices with efficient performance and in the synthesis of the control laws. Fuzzy logic appears as a promising and effective technique of control. In this work, a fuzzy controller is proposed for flutter control of a wing with NACA 0012 airfoil section, having as control surface a trailing edge flap. This physical model is coupled to the elastic support device of the wing - DESA, which allows plunge and pitch displacements. For the development of the mathematical modeI, the Lagrange Equations and the Principle of the Virtual Work are used. The determination of the structural parameters of the Wing/DESA device is accomplished starting from a finite element model and from an experimental modal analysis. The vibrating modes are obtained using the Eigensystem Realization AIgorithm - ERA. The study of the fuzzy controllers performance is accomplished through simulation and experimental analysis. Two fuzzy models are used for the controller: the Mamdani and the Takagi- Sugeno-Kang. The results show that both fuzzy controllers are quite efficient in the control of flutter.

Este trabalho apresenta um método para detectar falhas no funcionamento de máquinas rotativas baseado em alterações no padrão de vibração do sistema e no diagnóstico da condição de operação, por Lógica Fuzzy. As modificações ocorridas são analisadas e servem como parâmetros para predizer falhas incipientes bem como a evolução destas na condição de operação, possibilitando tarefas de manutenção preditiva. Utiliza-se uma estrutura mecânica denominada de Sistema Rotativo (Figura 1), apropriada para as simulações das falhas. Faz-se a aquisição de dados de vibração da máquina usando-se um acelerômetro em chip biaxial de baixa potência. As saídas são lidas diretamente por um contador microprocessador não requerendo um conversor A/D. Um sistema de desenvolvimento para processamento digital de sinais, baseado no microprocessador TMS320C25, o Psi25, é empregado na aquisição dos sinais de vibração (*.dat), do Sistema Rotativo. Os arquivos *.dat são processados através da ferramenta matemática computacional Matlab 5 e do programa SPTOOL. Estabelece-se o padrão de vibração, denominado assinatura espectral do Sistema Rotativo (Figura 2) Os dados são analisados pelo sistema especialista Fuzzy, devidamente calibrado para o processo em questão. São considerados, como parâmetros para a diferenciação e tomada de decisão no diagnóstico do estado de funcionamento pelo sistema especialista, a freqüência de rotação do eixo-volante e as amplitudes de vibração inerentes a cada situação de avaria. As falhas inseridas neste trabalho são desbalanceamentos no eixovolante (Figura 1), através da inserção de elementos desbalanceadores. A relação de massa entre o volante e o menor elemento desbalanceador é de 1:10000. Tomando-se como alusão o conhecimento de especialistas no que se refere a situações normais de funcionamento e conseqüências danosas, utilizam-se elementos de diferentes massas para inserir falhas e diagnosticar o estado de funcionamento pelo sistema fuzzy, que apresenta o diagnóstico de formas qualitativa: normal; falha incipiente; manutenção e perigo e quantitativa, sendo desta maneira possível a detecção e o acompanhamento da evolução da falha.

Orientador: Camila Pires Cremasco Gabriel / Banca: Daniel dos Santos Viais Neto / Banca: Raul Andres Martinez Uribe / Resumo: Este trabalho teve por objetivo estudar a produtividade da cultura do Rabanete, irrigada com dois tipos de tratamento: água convencional (AC) e água tratada magneticamente (ATM), utilizando modelos Fuzzy e estatísticos. Para isso, o estudo foi divido em dois capítulos: o primeiro descreve os resultados obtidos com a produtividade da cultura do rabanete, utilizando água convencional e água tratada magneticamente para irrigação. Houve a comparação entre os modelos Fuzzy (triangular e gaussiano) com o modelo estatístico, conforme a variável de produtividade fitomassa fresca da raiz tuberosa (FFRT), e a comparação entre os resultados obtidos com o tipo de tratamento irrigado. O coeficiente de determinação indicam que os modelos Fuzzy demostraram melhores resultados da produtividade da cultura, sendo que o modelo Fuzzy gaussiano demostrou a realidade agronômica com maior eficiência. A utilização da ATM (Água Tratada Magneticamente) permite obter melhores resultados da produtividade da cultura, quando analisada a variável FFRT e a eficiência dos modelos Fuzzy, em apresentar os dados de forma agronômica, principalmente o modelo Fuzzy gaussiano. O segundo capítulo apresenta os resultados alcançados com o desenvolvimento das variáveis biométricas da cultura do Rabanete, quando irrigada com água convencional e magnetizada. Para isso foi utilizada a modelagem Fuzzy e a modelagem estatística, para explicar o comportamento das variáveis biômetras. Em seguida foi realizada a comparação dos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The current study aimed to study the productivity of the Radish culture, irrigated with two types of treatment: conventional water (AC) and magnetically treated water (ATM), by means of Fuzzy's and statistical models. For this, the study was divided in two chapters: the first one describes the results obtained with the productivity of the radish culture, using conventional water and magnetically treated water for irrigation. The Fuzzy's (triangular and Gaussian) models were compared with the statistical model, according to the biometric fresh tuberous root biomass (FFRT), and the comparison between the results obtained with the type of irrigated treatment. The coefficient of determination indicates that the Fuzzy's models showed better results of the crop productivity, and the Gaussian Fuzzy's model showed the agronomic reality with greater efficiency. The use of ATM (Magnetically Treated Water) allows better results of crop productivity, when FFRT variable and Fuzzy's models efficiency, to present the data in agronomic form, mainly the Gaussian Fuzzy's model. The second chapter presents the results obtained with the development of the biometric variables of the culture of the Radish, when irrigated with conventional and magnetized water. Fuzzy's modeling and statistical modeling were used to explain the behavior of biometric variables. Afterwards, a comparison of the developed models was performed, and verified that the Fuzzy's model presented with greater efficiency the agronomic behavior of the plant. Afterwards, the results obtained were compared in the biometric variables, with AC and ATM treatment. In making such a comparison, it was verified the effectiveness of using ATM to obtain productivity of the Radish culture. In general, the preparation of the Fuzzy's models shows that the biometric variables of the crop and the productivity of the radish reached satisfactory results, ... / Mestre

Tese de mestrado. Automação, Instrumentação e Controlo. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008