As aeronaves do tipo multirrotor têm sido crescentemente investigadas, particularmente o quadrirrotor. Estudos acerca dos VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) apresentam o quadrirrotor como plataforma padrão, devido aos seus benefícios, tais como: baixo custo de construção, estabilidade de voo, percepção tridimensional e mobilidade, quando comparadas a outros tipos de aeronaves. Logo, caracteriza-se como um desafio na área de controle. Este fato faz com que haja a necessidade da aquisição do modelo matemático do conjunto de propulsão eletromecânico que compõe estas aeronaves. A fim de encontrar um modelo que melhor possa descrever os aspectos referentes ao sistema, utilizam-se de características específicas dos parâmetros do sistema, obtidas por meio de métodos de estimação de parâmetros, baseados nos mínimos quadrados e associados às técnicas de modelagem caixa preta. Nesse contexto, se propõem a obtenção do modelo matemático ARIMAX (AutoRegressive Integrated Moving Average Exogenous inputs) e ARMAX (AutoRegressive Moving Average with Exogenous inputs), a fim de comparar a performance entre os mesmos para cada estimador, utilizando como um dos critérios o menor número de iterações numéricas, pois caracteriza convergência rápida. A determinação dos parâmetros característicos dar-se-á por meio da utilização dos estimadores de Gauss-Newton e de Levenberg-Marquardt. A diretriz metodológica consiste na realização das etapas da Identificação de Sistemas. As simulações computacionais são realizadas no software MatLab, de acordo com a estrutura dos algoritmos de cada estimador proposto, e, as validações dos modelos e de seus parâmetros, se dão por comparação entre os dados do sistema real, obtidos a partir da planta didática (plataforma de testes), análises residuais e entre a performance dos modelos matemáticos. Constata-se que o modelo ARIMAX, através do método de Gauss-Newton, revela-se como o que melhor descreve o comportamento não linear do propulsor eletromecânico. O resultado desta investigação é uma contribuição à comunidade científica que busca modelar matematicamente os VANTs do tipo multirrotor. / 107 f.

[pt] Atuadores baseados em materiais piezelétricos apresentam características ideais para aplicações como transmissão acústica e micromanipulação. No entanto, não-linearidades inerentes a estes atuadores, como histerese e fluência, aumentam o desafio de controla-los. Além disso, a crescente necessidade de atuadores mais precisos e rápidos aliada a frequentes mudanças nas condições ambientais e operacionais agravam ainda mais o problema. Modelagens analíticas são específicas ao sistema ao qual foram feitas, o que significa que elas não são facilmente escalonáveis e eficientes para todos os tipos de sistemas. Adicionalmente, com o aumento da complexidade, os fenômenos que regem a física do sistema não são totalmente conhecidos, tornando difícil o desenvolvimento destes modelos. Este trabalho investiga esses desafios do ponto de vista da metodologia de identificação de sistemas e modelos baseados em dados para atuadores piezelétricos. A abordagem de modelagem caixa preta foi testada com dados experimentais adquiridos em um ambiente de laboratório para os estudos de caso de micromanipulação e transmissão acústica. Sinais de uso geral foram empregados como entrada de excitação do sistema de modo a acelerar a aquisição e estimação dos parâmetros. Parte dos modelos desenvolvidos foram validados com um conjunto de dados separado. Em ambos os casos foi necessário pré-processamento para otimização da quantidade de dados. Os modelos testados incluem a Média Móvel AutoRegressiva com entradas eXógenas (ARMAX), AutoRegressiva Não Linear com entradas eXógenas (NARX) com uma estrutura de rede neural artificial e Média Móvel AutoRegressiva Não Linear com entradas eXógenas (NARMAX). Os resultados mostram uma boa capacidade de prever as não-linearidades do micro manipulador e, portanto, a histerese em diferentes frequências de entrada. O sistema de transmissão acústica foi modelado com sucesso. Embora os resultados mostrem que ainda há espaço para melhorias, eles fornecem informações importantes sobre possíveis otimizações para o sistema uma vez que os modelos apresentados são uteis para janelas de predição curtas. / [en] Actuators based on piezoelectric materials have ideal characteristics for applications such as acoustic transmission and micromanipulation. However, the inherent nonlinearities of those actuators, such as hysteresis and creep, greatly increase the challenge to control such devices. Furthermore, the increasing need for more precise and faster actuators, allied with frequent changes in the environmental and operational conditions, further worsens the problem. Analytical models are application-specific, meaning that they are not easily and efficiently scalable to all systems. Also, with increased complexity, the understating of underlying phenomena is not fully documented, making it difficult to develop such models. This work investigates those challenges from the perspective of the system identification methodology and data-driven models for piezoelectric actuators. The black-box approach is tested with experimental data acquired in a laboratory setting for micromanipulator and acoustic transmission case studies. In some datasets, general-purpose signals were employed as the excitation input of the system to accelerate the data acquisition of the whole system dynamic and estimation process. Additionally, some models were validated on a separate dataset. In both cases, preprocessing was employed to optimize the amount of data. The tested models include the AutoRegressive Moving Average with eXogenous inputs (ARMAX), Nonlinear AutoRegressive with eXogenous inputs (NARX) with an artificial neural network structure, and Nonlinear AutoRegressive Moving Average with eXogenous inputs (NARMAX). The results show a good ability to predict the nonlinearities of the micromanipulator and, therefore, the hysteresis at different input frequencies. The acoustic transmission system was successfully modeled. Although the results show that there is still room for improvements, it provides insights into possible optimizations for the setup as the models here devised are useful for short prediction windows.