Este trabalho trata do controle ótimo de sistemas descritos por Equações Diferenciais Estocásticas (EDE). Os resultados apresentados podem ser divididos em três partes. A primeira delas aborda um problema de controle ótimo não-linear sendo investigada a possibilidade de considerar como controles admissíveis processos adaptados à s-álgebra gerada pelo estado Xut . As hipóteses de um resultado disponível na literatura são relaxadas e estende-se à classe de problemas para os quais existe um subconjunto de processos de controle Ucl, tal que para todo u em Ucl,, Xut é igual à s-álgebra gerada pelo processo de Wiener Wt. Como conseqüência, mostra-se que, dado um e> 0, pode-se construir um controle em malha fechada que é e -ótimo na classe de controles limitados no L2 e adaptados à Wt. Na segunda parte, estuda-se o problema de otimização Linear Quadrático (LQ) de sistemas excitados aditivamente por martingales quadrado integráveis tanto contínuos quanto descontínuos. Dois casos principais são considerados: sistema sem saltos e com saltos Markovianos nos parâmetros. No primeiro caso, além do distúrbio aditivo considera-se casos de sistemas com distúrbios multiplicativos tanto de Wiener quanto de Poisson. Para os problemas com observações completas o controle ótimo é determinado explicitamente, dependendo da solução de uma equação de Riccati, e para problemas com observações parciais os resultados obtidos são interpretados como uma condição necessária para validade do princípio de equivalência à certeza. A principal contribuição nesta parte do trabalho é mostrar que o caso de sistemas excitados por martingale quadrado integráveis pode ser tratado de maneira similar ao caso clássico sendo apresentadas soluções explícitas. Na terceira parte, é abordado o problema de controle Linear Exponencial Quadrático Gaussiano (LEQG) de sistemas lineares excitados pelo processo de Wiener restrigindo-se os controles admissíveis a processos constantes por partes com observações restritas a apenas certos instantes de tempo fixados a priori. São analisados casos com observações sem ruído e observações ruidosas sendo mostrado que ambos os problemas podem ser estudados por métodos diretos.

Este trabalho trata da modelagem, identificação e controle de estruturas flexíveis. A fim de estudar estes assuntos, a modelagem simbólica de manipuladores robóticos com elos flexíveis foi desenvolvida e dois experimentos foram montados e usados para o estudo do comportamento dinâmico deste tipo de estrutura. Os resultados experimentais obtidos foram comparados com os analíticos para a identificação dos modos de vibrar da estrutura. O primeiro experimento consistiu de um manipulador robótico flexível composto por uma viga de alumínio ligada a um cubo acionado por um motor DC. A dinâmica da viga foi caracterizada utilizando-se quatro tipos distintos de sensores: um acelerômetro piezoelétrico, um extensômetro, um tacômetro e um potenciômetro que fornece a posição angular da viga. O manipulador foi modelado com a aplicação do princípio estendido de Hamilton ao Lagrangiano do sistema. Devido a complexidade das equações obtidas, o sistema foi discretizado usando o Método dos Modos Assumidos e levando-se em consideração os três primeiros modos de vibrar da viga. Dois tipos de abordagens foram consideradas na discretização das equações: o modo vinculado e o modo desvinculado. Resultados experimentais, mostraram que o modelo analítico utilizando o modo desvinculado forneceu uma melhor aproximação do modelo experimental. O segundo experimento consistiu de uma estrutura multicorpos com apêndices flexíveis ligados a um cubo e também excitada por um motor DC sem escovas. A modelagem adotada também foi a formulação de Lagrange. Dois compressores (proporcional e proporcional/integral/derivativo) foram implementados em tempo real para fazer o controle da posição angular da estrutura. A técnica de controle LQG/LTR que é adequada a este tipo de sistema devido as incertezas provenientes da discretização do modelo, também foi estudada e resultados simulacionais são apresentados.

Neste trabalho, investiga-se o projeto de controladores a parâmetro fixo, utilizando a técnica TFL/LTR (Target Feedback Loop/Loop Transfer Recovery) em combinação com duas estruturas de compensadores robustos, que serão avaliados com conjuntos de especificações para a estabilidade robusta e desempenho em um helicóptero de laboratório. Este helicóptero faz parte de uma classe de sistemas mecânicos denominados sistemas não-lineares subatuados, possuindo três graus de liberdade e dois atuadores. O modelo do helicóptero de laboratório foi produzido pela Quanser Consulting e simula alguns comportamentos típicos de uma aeronave tilt-motor em configuração de helicóptero com movimento em corpo rígido, permitindo a avaliação de diversas técnicas de controle multivariável. A dinâmica do helicóptero é descrita por um modelo de 6 ordem tendo como variáveis de estado os ângulos de deslocamento, elevação e arfagem. A primeira estrutura considerada na avaliação é o compensador LQG/LTR com o intuito de servir como referência para a avaliação de desempenho. A segunda estrutura consiste na modificação da técnica LQG/LTR. Esta não possui um nome específico, e neste trabalho denominar-se-á de estrutura #2. Para ambas as técnicas, os compensadores projetados devem solucionar o problema de rastreamento estável das trajetórias de referência, garantindo desempenho e estabilidade robusta, apesar de distúrbios paramétricos.

Este trabalho apresenta o projeto de sistema de controle com a metodologia de escalonamento de ganhos para modelos lineares com parâmetro variando no tempo. A idéia base desta metodologia é projetar controladores lineares invariantes no tempo para valores fixos distintos de parâmetro e posteiormente interpolar estes compensadores resultando na realidade em um compensador global para o modelo. Apresenta-se uma exposição da metodologia de escalonamento de ganhos padrão que, para garantir resultados satisfatórios, impõe condições sobre a variação da dinâmica do modelo no tempo. No entanto, dá-se maior ênfase a uma abordagem mais recente que mostra como tornar irrelevante para o projeto, o modo de variação da dinâmica do modelo no tempo. Neste contexto demonstra-se maior preocupação com a estabilidade de sistemas de controle projetados com a metodologia de escalonamento de ganhos. Para o projeto dos controladores a parâmetro fixo é empregada a tecnica TFL/LTR (TargetFeedback Loop/Loop Transfer Recovery). Com a tecnica TFL/LTR usa-se duas estruturas de controladores. Uma é a tradicional estrutura LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery), que é usada na abordagem mais recente da metodologia de escalonamento de ganhos e a outra, que não tem nome específico, é apresentada na referência 5 e neste trabalho denominar-se-á a estrutura #2. O uso desta última estrutura de controlador no âmbito do projeto com a metodologia de escalonamento de ganhos é uma contribuição desta tese. Em relação a estrutura LQG/LTR a estrutura #2 requer menores valores de ganhos para atingir os mesmos resultados. No uso de cada uma das estruturas de controladores salienta-se as dificuldades na verificação da estabilidade do processo de recuperação inerente à técnica TFL/LTR. O modelo do VLS (Veículo Lançador de Satélites) é usado como exemplo de aplicação da metodologia de escalonamento de ganhos.

Este trabalho se dedica a estudar e comparar os métodos de controle robusto H? Loop Shaping e LQG/LTR a partir de um exemplo de aplicação aeronáutica. Por motivos que serão apresentados adiante o uso de controladores robustos é extremamente interessante no ramo aeronáutico por apresentar uma segurança a mais de projeto levando-se em consideração diversos fatores. O estudo aqui apresentado consiste em um projeto de sistema de Aumento de Controle (Control Augmentation System - CAS) latero-direcional para o caça F-16 objetivando evitar uma derrapagem durante um comando de rolagem da aeronave. Por se tratar de uma aeronave de alto desempenho e instável, as limitações que atrapalham o desempenho de um controlador se tornam mais visíveis facilitando assim a análise do caso.

Neste trabalho são desenvolvidos modelos elementares de orifício, volume e trocador de calor, sendo os dois últimos, modelos dinâmicos destes elementos. Utilizando-se destes componentes, construída uma representação de válvulas e dutos, que, em conjunto com o trocador de calor compõem uma planta pneumática, representando o sistema de gerenciamento de ar de uma aeronave (e diversas de suas não-linearidades). Prossegue-se no desenvolvimento estabelecendo o ponto de operação sob o qual o sistema será analisado. São também apresentados os procedimentos de estabilização e linearização do modelo não-linear em torno do ponto de operação. Utilizando-se do sistema linear obtido, é projetado um controlador segundo a técnica LQG/LTR (Linear Quadratic Gaussian / Loop Transfer Recovery), resultando em um controlador de mesma ordem da planta utilizada em seu projeto. A ordem do controlador é então reduzida segundo critérios no domínio do tempo e da freqüência e são comparados o desempenho dos controladores de ordem completa e reduzida. O trabalho é finalizado com a análise do desempenho do controlador de ordem reduzida em casos de regulação e rastreamento.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joaquim Gomes Brito Filho.pdf: 577773 bytes, checksum: 0d9ad903ecdf123ced443b5b094e37aa (MD5) Previous issue date: 2006-05-31 / In this work is presented a method to solve the Eigenstructure Allocation pro- blem for multivariable dynamic systems by means of Robust Controllers Design Linear Quadratic Gaussian, LQG/LTR Loop transfer Recovery and Hierarchical Genetic Algorithm in three levels. It shows an uni¯ed method for controllers ro- bust design that are one systematical of the three stages of LQG/LTR methodo- logy. The evolutionary computation is used in the primary level that is the gain controller optimal determination to guarantee the terms of robust stability. The intermediary level, consists in the utilization of a AG to determine the Kalman state observer gain. The last level of this hierarchy consists of recovery the ro- bustness properties of the LQR design which were lost due to inclusion of the LQG loop by means of a GA. The method is veri¯ed in a dynamic system which represents an aircraft in cruzeiro speed, a LQG/LQR-hierarchic design perfor- mance analysis in the frequency domain and of time show the commitments that should be taken over in applications of the real world systems. / Apresenta-se um método para resolver o problema de Alocação de Auto-estrutura para sistemas dinâmicos multivariáveis por meio do Projeto de Controladores Ro- busto Gaussiano Linear Quadrático, Recuperação da Malha de Transferência e Algoritmo Genético Hierárquico em três níveis. Mostra-se um método unificado para o projeto de controladores robustos que são uma sistematização das três etapas da metodologia LQG/LTR. A computação evolutiva é utilizada no nível primário que é a determinação dos ganhos do controlador ótimo para garantir as condições de estabilidade robusta. O nível intermediário, consiste na utilização de um AG para determinar os ganhos de Kalman do observador de estado. O último nível desta hierarquia consiste da recuperação das propriedades de ro- bustez do projeto LQR que foram perdidas devido a inclusão da malha LQG por meio de um AG. O método é verficado em um sistema dinâmico que re- presenta uma aeronave em velocidade cruzeiro, uma análise de desempenho do projeto LQG/LQR-hierárquico no domínio da frequência e do tempo mostram os compromissos que devem ser assumidos em aplicações de sistemas do mundo real.