A aplicação de técnicas de controle multivariáveis com o auxílio de ferramentas computacionais vem sendo bastante empregada em projetos de sistemas de controle complexos, que tem como base o conceito de variáveis de estado. Neste trabalho, visamos desenvolver um sistema de controle seguidor com realimentação de estados para um protótipo de um sistema de hélices paralelas onde a dinâmica é não linear e possui três graus de liberdade sendo dois graus de liberdade controlados. Serão utilizados dois modelos matemáticos: um modelo linear e um modelo não linear. A representação linear será utilizada para gerar as matrizes de ganho do sistema de controle. O modelo não linear é obtido através de prototipagem virtual no ambiente de desenvolvimento ADAMS®, que utiliza técnicas de modelagem de sistemas multicorpos para a obtenção das equações dinâmicas do movimento. Em seguida o modelo não linear é exportado para o ambiente de simulações em MATLAB®. A simulação é utilizada para verificar se a técnica de controle linear utilizada tem a capacidade de controlar o sistema não linear e analisar o comportamento do conjunto controlador mais a planta não linear já que está sendo feita atribuição de auto-estrutura completa. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e a eficiência da metodologia proposta. / The application of multivariable control techniques with the aid of computing tools has been largely used in projects of complex control systems that are based on the concept of state-variables. The objective of this paper is to show the development of a tracking-system with state-feedback for a prototype of a parallel propeller system presenting nonlinear dynamics with three degrees-of-freedom but having only two controlled. Two mathematical models are used: a linear model and a nonlinear model. The linear representation is used to design the gain matrices of the linear control system. The nonlinear model is obtained through the virtual prototyping environment system ADAMS®, using modeling techniques of multi-body systems to obtain the dynamic motion equations. Then, the nonlinear model is exported to SIMULINK® (MATLAB®). The simulation is used to verify if the applied linear control techniques are able to control the nonlinear model and to analyze the system behavior (control system plus nonlinear plant). The design of the control system is done using the entire eigenstructure assignment technique. The results show the performance and the efficiency of the proposed methodology.

A aplicação de técnicas de controle multivariáveis com o auxílio de ferramentas computacionais vem sendo bastante empregada em projetos de sistemas de controle complexos, que tem como base o conceito de variáveis de estado. Neste trabalho, visamos desenvolver um sistema de controle seguidor com realimentação de estados para um protótipo de um sistema de hélices paralelas onde a dinâmica é não linear e possui três graus de liberdade sendo dois graus de liberdade controlados. Serão utilizados dois modelos matemáticos: um modelo linear e um modelo não linear. A representação linear será utilizada para gerar as matrizes de ganho do sistema de controle. O modelo não linear é obtido através de prototipagem virtual no ambiente de desenvolvimento ADAMS®, que utiliza técnicas de modelagem de sistemas multicorpos para a obtenção das equações dinâmicas do movimento. Em seguida o modelo não linear é exportado para o ambiente de simulações em MATLAB®. A simulação é utilizada para verificar se a técnica de controle linear utilizada tem a capacidade de controlar o sistema não linear e analisar o comportamento do conjunto controlador mais a planta não linear já que está sendo feita atribuição de auto-estrutura completa. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e a eficiência da metodologia proposta. / The application of multivariable control techniques with the aid of computing tools has been largely used in projects of complex control systems that are based on the concept of state-variables. The objective of this paper is to show the development of a tracking-system with state-feedback for a prototype of a parallel propeller system presenting nonlinear dynamics with three degrees-of-freedom but having only two controlled. Two mathematical models are used: a linear model and a nonlinear model. The linear representation is used to design the gain matrices of the linear control system. The nonlinear model is obtained through the virtual prototyping environment system ADAMS®, using modeling techniques of multi-body systems to obtain the dynamic motion equations. Then, the nonlinear model is exported to SIMULINK® (MATLAB®). The simulation is used to verify if the applied linear control techniques are able to control the nonlinear model and to analyze the system behavior (control system plus nonlinear plant). The design of the control system is done using the entire eigenstructure assignment technique. The results show the performance and the efficiency of the proposed methodology.

Apresenta um modelo multicorpos completo de um veículo comercial leve considerando a flexibilidade do quadro para estudos de dirigibilidade. O modelo de multicorpos foi desenvolvido utilizando o software MSC.ADAMS e inclui a suspensão primária, a cabine, o sistema de esterçamento, o trem de força, o modelo do pneu e um quadro flexível. O comportamento direcional, a dirigibilidade e a interação veículo/pavimento são os fatores que definem o desempenho do veículo em relação à dinâmica lateral. Os parâmetros mais importantes considerando o comportamento lateral do veículo são: a velocidade longitudinal, a rigidez em curva do pneu, a elasticidade da suspensão e do sistema de esterçamento, a transferência lateral de carga, centro de rolamento e propriedades inerciais. Conseqüentemente, considerando a transferência lateral de carga, o uso do quadro flexível se mostra importante. O modelo completo foi validado com resultados experimentais. Típicas manobras para estudo de dirigibilidade foram simuladas, entre elas: curva de raio e velocidade constantes e manobras de dupla mudança de pista. Os resultados obtidos foram a aceleração lateral, a velocidade de guinada, o ângulo de deriva da trajetória, o ângulo de rolamento e o gradiente de esterçamento. Com a análise dos resultados, o veículo mostrou comportamentos diferentes em função da aceleração lateral. Em baixas acelerações laterais, o veículo apresenta um comportamento levemente sub-esterçante. Contudo, em acelerações laterais altas, o veículo se torna sobre-esterçante. Finalmente, uma análise no domínio da freqüência foi realizada e ambos modelos mostraram as mesmas características. / This dissertation presents a complete multibody model of a light commercial truck considering the frame flexibility for handling characteristics studies. The flexible multibody model was developed using MSC.ADAMS, and it includes a complete primary suspension, the cabin, the steering system, the powertrain, a tire model (Delft) and the flexible frame. The directional response behavior, the driveability and the vehicle/road interaction are the factors that define vehicle handling performance. The most important parameters concerning lateral behavior are: longitudinal velocity, tire cornering stiffness, suspension system elasticity, steering systems elasticity, lateral load transfer, roll center and inertial properties. Consequently, regarding lateral load transfer, the use of a flexible frame is very important. The complete model was validated with experimental results and for the purpose of vehicle analyses, typical standard handling maneuvers were undertaken including constant radius turn, constant velocity turn and double lane change. The results obtained were lateral acceleration, yaw rate, side slip angle, roll angle and the understeer gradient. Analyzing the results, the vehicle showed a changing behavior concerning steer. At low velocities and lateral accelerations, the vehicle is slightly understeer. However, at higher velocities and lateral accelerations, it becomes oversteer. Finally, a frequency domain analysis was undertaken using the simplified and the complete model and both models shown the same characteristics.

Devido à dificuldade em se desenvolver um sistema de controle baseado no modelo da planta, principalmente quando a mesma possui diversos graus de liberdade, busca-se uma metodologia a fim de minimizar o tempo e os esforços para projetar o sistema de controle. A metodologia consiste na utilização de um software de sistemas multicorpos, para a geração do conjunto de equações que descrevem o comportamento dinâmico, a partir de características físicas do sistema, tais como: massa, centro de massa, momentos principais de inércia, dimensões dos elos e juntas com determinados graus de liberdade. Para determinação das características físicas, são utilizadas técnicas experimentais, procedimentos e instrumentação para identificação com acuracidade controlada dos centros de massa e dos momentos principais de inércia dos elos. Estes são considerados corpos rígidos não homogêneos, algumas vezes acoplados por juntas de movimento, não sendo possível desacoplá-los. O sistema de controle utiliza um sistema com realimentação de estados com observador, capaz de fornecer resultados satisfatórios. O observador é utilizado para diminuir o número de estados medidos, facilitando a instrumentação do mecanismo. Esses procedimentos podem ser aplicados à maioria dos sistemas multicorpos, com muitos graus de liberdade, a fim de se obter um sistema de controle com desempenho e acuracidade predefinidos, para serem implementados em sistemas de aquisição e controle flexíveis, ou através de hardwares dedicados. Para validar essa metodologia, esta será aplicada ao protótipo de uma plataforma de movimento que, por conveniência de projeto, teve seus graus de liberdade controlados limitados a dois. Seu acionamento dá-se por servomotores brushless, atuadores de fusos de esferas, utilizando-se sensores de posição linear por magnetostrição e angular ópticos. O fato do número de graus de liberdade ter sido reduzido a dois não invalida a metodologia, caso seja necessário aplicá-la a sistemas com qualquer número de graus de liberdade. / The difficulty to develop a control system based in the model of the plant, mainly when the plant has many degrees of freedom, motivated this work which presents a methodology to minimize the time and effort in developing the control system. The methodology consists on the use of a multibody systems software for generating the set of equations that describes the system dynamic behavior, starting from its physical characteristics such as mass, center of mass, principal moments of inertia, dimensions of the links and joints with certain degrees of freedom coupling the links. For the physical characteristics determination, experimental techniques, procedures and instrumentation are used to identify, with controlled accuracy, the links centers of mass and principal moments of inertia, being the plant considered formed by non homogeneous rigid bodies, sometimes coupled by joints of movement and not being possible to uncouple them. For the control system a state feedback control system with estimator is used, capable of suppling satisfactory results. An estimator is used to reduce the number of measured states facilitating the mechanism instrumentation. Those procedures can be applied to most of multibody systems with several degrees of freedom to obtain a control system with performance and accuracy previously defined to be implemented in a flexible acquisition and control board or dedicated hardware. To validate this methodology, it will be applied to a prototype of a movement platform, which, for project convenience had their controlled degrees of freedom limited to two. The platform is driven by brushless servomotors, has actuators with spindle bearings, using sensors of linear position by magnetostriction and angular by optical principle. The fact of the number of degrees of freedom being reduced to two doesn\'t invalidate the methodology in case it is necessary to apply it to systems with any number of degrees of freedom.

Devido à dificuldade em se desenvolver um sistema de controle baseado no modelo da planta, principalmente quando a mesma possui diversos graus de liberdade, busca-se uma metodologia a fim de minimizar o tempo e os esforços para projetar o sistema de controle. A metodologia consiste na utilização de um software de sistemas multicorpos, para a geração do conjunto de equações que descrevem o comportamento dinâmico, a partir de características físicas do sistema, tais como: massa, centro de massa, momentos principais de inércia, dimensões dos elos e juntas com determinados graus de liberdade. Para determinação das características físicas, são utilizadas técnicas experimentais, procedimentos e instrumentação para identificação com acuracidade controlada dos centros de massa e dos momentos principais de inércia dos elos. Estes são considerados corpos rígidos não homogêneos, algumas vezes acoplados por juntas de movimento, não sendo possível desacoplá-los. O sistema de controle utiliza um sistema com realimentação de estados com observador, capaz de fornecer resultados satisfatórios. O observador é utilizado para diminuir o número de estados medidos, facilitando a instrumentação do mecanismo. Esses procedimentos podem ser aplicados à maioria dos sistemas multicorpos, com muitos graus de liberdade, a fim de se obter um sistema de controle com desempenho e acuracidade predefinidos, para serem implementados em sistemas de aquisição e controle flexíveis, ou através de hardwares dedicados. Para validar essa metodologia, esta será aplicada ao protótipo de uma plataforma de movimento que, por conveniência de projeto, teve seus graus de liberdade controlados limitados a dois. Seu acionamento dá-se por servomotores brushless, atuadores de fusos de esferas, utilizando-se sensores de posição linear por magnetostrição e angular ópticos. O fato do número de graus de liberdade ter sido reduzido a dois não invalida a metodologia, caso seja necessário aplicá-la a sistemas com qualquer número de graus de liberdade. / The difficulty to develop a control system based in the model of the plant, mainly when the plant has many degrees of freedom, motivated this work which presents a methodology to minimize the time and effort in developing the control system. The methodology consists on the use of a multibody systems software for generating the set of equations that describes the system dynamic behavior, starting from its physical characteristics such as mass, center of mass, principal moments of inertia, dimensions of the links and joints with certain degrees of freedom coupling the links. For the physical characteristics determination, experimental techniques, procedures and instrumentation are used to identify, with controlled accuracy, the links centers of mass and principal moments of inertia, being the plant considered formed by non homogeneous rigid bodies, sometimes coupled by joints of movement and not being possible to uncouple them. For the control system a state feedback control system with estimator is used, capable of suppling satisfactory results. An estimator is used to reduce the number of measured states facilitating the mechanism instrumentation. Those procedures can be applied to most of multibody systems with several degrees of freedom to obtain a control system with performance and accuracy previously defined to be implemented in a flexible acquisition and control board or dedicated hardware. To validate this methodology, it will be applied to a prototype of a movement platform, which, for project convenience had their controlled degrees of freedom limited to two. The platform is driven by brushless servomotors, has actuators with spindle bearings, using sensors of linear position by magnetostriction and angular by optical principle. The fact of the number of degrees of freedom being reduced to two doesn\'t invalidate the methodology in case it is necessary to apply it to systems with any number of degrees of freedom.

Apresenta um modelo multicorpos completo de um veículo comercial leve considerando a flexibilidade do quadro para estudos de dirigibilidade. O modelo de multicorpos foi desenvolvido utilizando o software MSC.ADAMS e inclui a suspensão primária, a cabine, o sistema de esterçamento, o trem de força, o modelo do pneu e um quadro flexível. O comportamento direcional, a dirigibilidade e a interação veículo/pavimento são os fatores que definem o desempenho do veículo em relação à dinâmica lateral. Os parâmetros mais importantes considerando o comportamento lateral do veículo são: a velocidade longitudinal, a rigidez em curva do pneu, a elasticidade da suspensão e do sistema de esterçamento, a transferência lateral de carga, centro de rolamento e propriedades inerciais. Conseqüentemente, considerando a transferência lateral de carga, o uso do quadro flexível se mostra importante. O modelo completo foi validado com resultados experimentais. Típicas manobras para estudo de dirigibilidade foram simuladas, entre elas: curva de raio e velocidade constantes e manobras de dupla mudança de pista. Os resultados obtidos foram a aceleração lateral, a velocidade de guinada, o ângulo de deriva da trajetória, o ângulo de rolamento e o gradiente de esterçamento. Com a análise dos resultados, o veículo mostrou comportamentos diferentes em função da aceleração lateral. Em baixas acelerações laterais, o veículo apresenta um comportamento levemente sub-esterçante. Contudo, em acelerações laterais altas, o veículo se torna sobre-esterçante. Finalmente, uma análise no domínio da freqüência foi realizada e ambos modelos mostraram as mesmas características. / This dissertation presents a complete multibody model of a light commercial truck considering the frame flexibility for handling characteristics studies. The flexible multibody model was developed using MSC.ADAMS, and it includes a complete primary suspension, the cabin, the steering system, the powertrain, a tire model (Delft) and the flexible frame. The directional response behavior, the driveability and the vehicle/road interaction are the factors that define vehicle handling performance. The most important parameters concerning lateral behavior are: longitudinal velocity, tire cornering stiffness, suspension system elasticity, steering systems elasticity, lateral load transfer, roll center and inertial properties. Consequently, regarding lateral load transfer, the use of a flexible frame is very important. The complete model was validated with experimental results and for the purpose of vehicle analyses, typical standard handling maneuvers were undertaken including constant radius turn, constant velocity turn and double lane change. The results obtained were lateral acceleration, yaw rate, side slip angle, roll angle and the understeer gradient. Analyzing the results, the vehicle showed a changing behavior concerning steer. At low velocities and lateral accelerations, the vehicle is slightly understeer. However, at higher velocities and lateral accelerations, it becomes oversteer. Finally, a frequency domain analysis was undertaken using the simplified and the complete model and both models shown the same characteristics.