Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Technological advances in electromechanical sensor and actuators, energy storage, data processing and control methodology made possible the development of unmanned aerial vehicles (UAVs). The quadrotor has emerged as one of these research platforms due to its mechanical simplicity, high maneuverability, as well as its capability of hovering and perform vertical take-off and landing. However, such vehicle presents some challenging issues to control area, like: nonlinearity, time-varying behavior, in addition it belongs to the class of underactuated mechanical systems, and it is subject to aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. Therefore, this dissertation has as main objective, contribute to development and control strategies implementation to solve the positioning and path tracking problems of unmanned aerial vehicles, focusing on an underactuated mechanical system. In order to obtain a dynamic model that represents the aerial vehicle properly and realistically, the motion equations were developed based on the physics laws that define the mechanical system. The model we obtained is decoupled, thus we consider the presence of two subsystems, the rotational and the translational ones. A cascade control strategy was implemented, so that, a model predictive control (MPC) was developed to the altitude and orientation control of the aerial vehicle. However, the positioning control along the xy axis was performed through a proportional integral derivative control (PID). Such strategies allowed a smooth path tracking, beyond the possibility of dealing with physical constraints of the system. In order to assess the robustness of the control structure shown, we performed flight simulations under the presence of aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. / Avanços tecnológicos em sensores e atuadores microeletromecânicos, no armazenamento de energia, no processamento de informações e em metodologias de controle possibilitaram o desenvolvimento dos veículos aéreos não tripulados (VANT s). O quadricóptero tem emergido como uma destas plataformas de pesquisa devido a sua simplicidade mecânica, a alta manobrabilidade, bem como a capacidade de realizar pairagem e decolagens e pousos verticais. Contudo, tal veículo apresenta algumas características desafiadoras para a área de controle, como: não linearidades, comportamento variante no tempo, além de pertencer à classe dos sistemas mecânicos subatuados e estar sujeito a distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. Desta forma, este trabalho possui como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle para solucionar os problemas de posicionamento e rastreamento de trajetória em veículos aéreos não tripulados, focando em um sistema mecânico subatuado. Com o intuito de obter um modelo dinâmico que represente de forma apropriada e realista o veículo aéreo, suas equações de movimento foram desenvolvidas baseando-se nas leis físicas que regem o sistema mecânico. O modelo obtido é desacoplado, portanto, consideramos a existência de dois subsistemas, o rotacional e o translacional. Uma estratégia de controle em cascata foi implementada, de modo que, um controle preditivo baseado em modelo (CPBM) foi desenvolvido para o controle da altitude e da orientação do veículo aéreo. Já o controle de posicionamento no eixo xy foi efetuado através de um controlador proporcional integral derivativo (PID). Tais estratégias permitiram um rastreamento de trajetória suave, além da possibilidade de lidar com as restrições físicas do sistema. Com o intuito de avaliar a robustez da estrutura de controle apresentada, foram realizadas simulações de voo na presença de distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. / Mestre em Ciências

O zoneamento agroecológico (ZAE) pode ser um instrumento efetivo de ordenamento territorial setorial rural. Suas diretrizes e suas orientações técnicas podem compor os fatores exploratórios de modelos de mudança de uso e cobertura da terra. No Brasil, via de regra, utiliza-se o zoneamento econômico-ecológico (ZEE) como um instrumento de ordenamento territorial e o ZAE é aplicado com o objetivo de fornecer subsídios para o planejamento do uso agrícola das terras, limitando-se, grosso modo, à indicação de sistemas agrícolas e agropecuários potenciais e sustentáveis adaptados ao clima e ao solo. Um ZAE que fomentou políticas de ordenamento territorial setorial rural foi o Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE-Cana), de 2009, ordenando a expansão da área plantada com cana-de-açúcar para a indústria sucroalcooleira no território brasileiro. Esta tese discute as diferenças de método na elaboração de suas diretrizes e de suas orientações técnicas que permitiram considerar as dimensões social e política e verifica se esse ZAE extrapolou a aplicação de indicativo de áreas potenciais e passou a fomentar políticas públicas de ordenamento da expansão da área plantada com cana-de-açúcar para a indústria sucroalcooleira no território brasileiro. O estudo permitiu concluir que o ZAE-Cana é utilizado como um instrumento efetivo de ordenamento territorial para setor rural por ter incluído as dimensões social e política nas etapas de definição das diretrizes, na validação das análises e na elaboração das orientações técnicas, ou seja, em todas as fases do zoneamento. Em um segundo momento elaborou-se um estudo da aplicação das diretrizes e das orientações técnicas do ZAE como parâmetros para a modelagem de uso e cobertura da terra. Observou-se a correlação das variáveis advindas do ZAE-Cana com os usos e coberturas da terra de 2003 e de 2009 para os estados de Goiás e de São Paulo e aplicou-se o modelo Conversion of Land Use and its Effects at Small regional extent (CLUE-S) no estado de Goiás de 2003 a 2009 (validação) e de 2009 a 2025 (simulação) para verificar o uso dessas variáveis no processo de modelagem, o que permitiu concluir que é viável a aplicação das diretrizes, das orientações técnicas e de outras informações conseguidas durante a elaboração dos zoneamentos agroecológicos em modelos de mudança de uso e cobertura da terra.

A Modelagem Orientada a Objetos (MOO) é o processo de construção de modelos de sistemas através da identificação e definição de um conjunto de objetos relacionados, que comportam-se e colaboram entre si conforme os requisitos estabelecidos para o sistema. Esta definição inclui os três aspectos ortogonais, ou dimensões, deste tipo de modelagem: a dimensão estrutural dos objetos, a dimensão dinâmica do comportamento e a dimensão funcional dos requisitos. Conforme a importância relativa dada a cada uma destas dimensões, podem ser definidas três estratégias possíveis para conduzir a MOO. Estas estratégias são as dirigidas por dados, por comportamento e por processos. A estratégia dirigida por processos já esta superada. Atualmente, a estratégia dirigida por dados domina na maioria das técnicas de MOO. A estratégia dirigida por comportamento propõe que a estrutura dos objetos em um sistema pode ser determinada a partir do comportamento externo e interno que o sistema deve apresentar. Esta idéia é interessante, porque permite introduzir tardiamente o encapsulamento na MOO. Conforme é argumentado neste trabalho, as vantagens atribuídas a orientação a objetos são de implementação, isto é, a decisão de orientar ou não a objetos é, na realidade, uma decisão de design. Ao introduzir o encapsulamento na modelagem inicial do sistema, ganha-se o benefício da continuidade estrutural ao custo de colocar a MOO mais perto do design. Neste contexto, este trabalho apresenta um processo de modelagem conceitual de sistemas do ponto de vista comportamental que introduz tardiamente o encapsulamento da orientação a objetos como primeiro passo de design. Em outras palavras, é proposta uma técnica de modelagem sob uma estratégia dirigida por comportamento (privilegiando, assim, o aspecto dinâmico dos sistemas) com o suficiente poder de expressão para, ao mesmo tempo, permitir a modelagem de sistemas de informação no nível conceitual e derivar dos modelos dinâmicos obtidos uma representação estrutural orientada a objetos. 0 sistema, na concepção desta proposta, é composto por um conjunto de processos concorrentes, cada um dos quais recebe um estimulo do ambiente, realiza um tratamento especifico sobre ele e gera para o ambiente uma resposta. Os estímulos externos são decompostos em conjuntos de eventos concorrentes tratados no interior do processo. As ações realizadas no interior do mesmo são compostas nas respostas geradas para o exterior. Os processos são modelados comportamentalmente, utilizando o formalismo proposto High-Level Statecharts (HLS). HLS é uma extensão dos statecharts de Harel. As principais extensões propostas são a introdução de estados "parametrizados" usando variáveis e a representação genérica de conjuntos de estados concorrentes e exclusivos. 0 modelo de processos e desintegrado em unidades de comportamento que tratam das mesmas variáveis. Estas unidades são integradas em um modelo de ciclos de vida para estas variáveis. Finalmente, apos a aplicação da técnica de modelagem conceitual, e obtido um modelo estrutural orientado a objetos. Este modelo e derivado utilizando unicamente informações contidas nos modelos dinâmicos gerados no processo da técnica proposta. No modelo estrutural são identificadas classes, objetos, atributos, associações estáticas, hierarquias de herança e operações. Todo o processo e exemplificado utilizando o problema padrão de preparação de congressos da IFIP. / Object-Oriented Modeling (OOM) is the process of construction of systems models, through an identification and definition of a set of relating objects. These objects have a collaborative behavior according to the system requirements previously defined. This definition includes three modeling aspects or dimensions: object structural dimension, behavior dynamic dimension and requirements functional dimension. Depending on a relative importance of each dimension, three possible strategies to drive OOM are defined. The strategies are: data-driven, behavior-driven and process-driven. Process-driven strategy is obsolete. Nowadays, data-driven is the dominant strategy in the world of OOM techniques. Behavior-driven strategy suggests both internal and external system behaviors define its object structure. This idea is attractive because it allows a late encapsulation in the OOM. As explained in this work, the main advantage to use object-orientation is for implementation. So, to object-orient or not to object-orient is a design decision. If encapsulation is introduced in the very beginning of systems modeling, the structural continuity is achieved at the cost of pulling OOM closer to design. In this context, the work presents a process of systems conceptual modeling using a behavioral point of view. This process introduces object-oriented encapsulation lately as a first step in the design phase. In other words, this work is a proposal of a modeling technique under a behavior-driven strategy (focusing the dynamic aspect of the systems) with enough expression power to model information systems at conceptual level and, at the same time, to derive of an object-oriented structural representation from the dynamic models. As conceived in the proposal, a system is composed by a set of concurrent processes. Each process receives a stimuli from the environment, makes a specific treatment on it and generates a response to the environment. The external stimuli is decomposed into a set of concurrent events which are internally handled by the process. Actions internally performed by the process are composed into a response which is sent outside the process. Processes are behaviorally modeled using a proposed formalism called High-Level Statecharts (HLS). HLS is a extension of Harel's statecharts. The main extensions proposed are parameterized states using variables and generic representation of concurrent and exclusive sets of states. Process model is disintegrated into behavior units handling the same variables. The units are integrated into a life cycle model for these variables. Finally, after the modeling technique has been applied, an object-oriented structural model is obtained. This model is derived exclusively using information from the dynamic models constructed during the modeling process. Classes, objects, attributes, static associations, inheritance hierarchies and operations in the structural model are identified. Examples used in all the modeling process are taken from the standard problem of IFIP conference.

Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-10-13T19:12:36Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado PPEQ - Alexsandro Fausto de Araújo.pdf: 3235090 bytes, checksum: e4c74119c72ea3471a47fb36a515e632 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-13T19:12:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado PPEQ - Alexsandro Fausto de Araújo.pdf: 3235090 bytes, checksum: e4c74119c72ea3471a47fb36a515e632 (MD5) Previous issue date: 1998-11-13 / Com a crescente exigência dos mercados e da sociedade por produtos derivados do petróleo cada vez mais livres de contaminantes que prejudicam o meio ambiente e a qualidade dos mesmos, os parques de refino de petróleo vêm investindo cada vez mais em tecnologias que permitam uma produção mais limpa, rentável e econômica. Desse modo, O hidrotratamento tem assumido um papel cada vez mais importante dentro das refinarias, sendo aplicado em diversos cortes do petróleo, desde os mais leves até os mais pesados. O hidrotratamento consiste na adição de hidrogênio na carga a ser hidrotratada com o propósito de, através de reações de hidrogenação, reduzir ou eliminar os componentes contaminantes presentes na carga, como o enxofre, nitrogênio, oxigênio, olefinas, diolefinas e metais. A adição de hidrogênio é feita em cocorrente descendente, onde a carga e o hidrogênio entram misturados e pré aquecidos no topo do reator a uma razão pré-definida (Razão H2/Carga), sendo esta forma a mais utilizada em escala industrial devido aos seus inúmeros benefícios. O foco da unidade de HDT é o reator, pois é nele que os contaminantes são removidos da carga. O tipo de reator mais utilizado é o de leito fixo (Trickle Bed Reactor - TBR). A nafta é a principal matéria prima do setor petroquímico nacional, de modo que todas as unidades instaladas são baseadas nela. A partir dela são produzidos os componentes da primeira geração do setor petroquímico. O HDT de nafta ainda é um tema pouco explorado mas que vem recebendo maior importância nos últimos anos. Por isso, este trabalho foi desenvolvido sobre esse tema, construindo e simulando modelos dinâmicos de reatores de leito fixo, com alimentação em cocorrente de uma unidade reacional de HDT de nafta, composta por um reator trifásico de conversão de diolefinas, utilizado para o pré-tratamento da nafta de coqueamento retardado e dois reatores bifásicos (G-S) de HDT de nafta, dispostos em série com resfriamento por quenchs independentes entre os leitos dos reatores e entre os reatores, para a redução de teores de enxofre, nitrogênio e olefinas presentes na nafta através das reações de hidrodessulfurização, hidrodesnitrogenação e saturação de olefinas. Foram construídos dois programas em ambiente MATLAB®, um para simular o reator trifásico de conversão diolefinas e outro para os reatores bifásicos de HDT de nafta, ambos simularam correntes de alimentação de nafta com diferentes níveis de contaminação, para que fossem avaliados os efeitos. Os programas simularam os perfis dinâmicos das temperaturas das fases envolvidas e das concentrações dos contaminantes e hidrogênio. Os resultados obtidos para o reator de conversão de diolefinas e os reatores de HDT de nafta se mostraram bem coerentes com relação aos fenômenos envolvidos. O reator de conversão de diolefinas atingiu o estado estacionário aos 80 minutos e os reatores de HDT de nafta aos 2 minutos, com os teores de contaminantes próximos de zero na saída do reator. Os resultados das simulações realizadas para os dois tipos de nafta apresentaram perfis dinâmicos semelhantes diferindo apenas quanto à temperatura mais elevada atingida no início do primeiro reator de HDT de nafta no caso da nafta com maior teor de contaminação. / With the growing demand of markets and society by oil products increasingly free of contaminants that harm the environment and their quality, oil refining plants have been increasingly investing in technologies to cleaner production, profitable and economical. Thus, the hydrotreating has assumed an increasingly important role in the refinery and is used in many petroleum cuts, from the lightest to the heaviest. The hydrotreating is the addition of hydrogen in the load to be hydrotreated in order to, via hydrogenation reactions, reduce or eliminate the contaminating components present in the load, such as sulfur, nitrogen, oxygen, olefins, diolefins and metals. The addition of hydrogen is done in descending current, where load and hydrogen enter mixed and pre heated at the top of the reactor to a pre-defined (ratio H2/Oil), and this way the most used at industrial scale due to its numerous benefits. The focus of the HDT unit is the reactor, because that is where the contaminants are removed from the load. The most used type of reactor is the fixed bed (Trickle Bed Reactor - TBR). Naphtha is the main raw material of the national petrochemical industry, so that all installed units are based on it. From there, the components of the first generation of the petrochemical industry are produced. The naphtha HDT is still a subject little explored but it's getting more important in recent years. Therefore, this study was conducted on this issue, building and simulating dynamic models of fixed bed reactors with feed in cocurrente of a reactional unit of HDT naphtha, consisting of a three-phase reactor diolefins conversion, used for pretreatment naphtha delayed coking and two dual-phase reactors (G-S) naphtha HDT arranged in series with cooling by independent quenchs between beds of the reactor and between the reactors to reduce contents of sulfur, nitrogen and olefins present in the naphtha through reactions of hydrodesulfurization, hidrodesnitrogenação and saturation of olefins. Were built two programs in MATLAB®, one to simulate the three-phase reactor diolefins conversion and one for the dual-phase reactors naphtha HDT, both simulated currents naphtha feed with different levels of contamination, so that the effects are assessed. The simulated programs dynamic profiles of the temperatures of the phases involved and the concentrations of contaminants and hydrogen. The results obtained for diolefins conversion reactor and the reactors of naphtha HDT were well consistent with relation to the phenomena involved. The diolefins conversion reactor reached steady state at 80 minutes and the HDT reactors naphtha after 2 minutes, with near zero contaminant levels in the reactor output. The results of simulation performed for the two types of naphtha showed similar dynamic profiles differing only as to the highest temperature reached at the beginning of the first naphtha HDT reactor in the case of naphtha higher contamination level.