Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e a análise de métodos de filtragem e otimização aplicadas ao modelo de controle de infecções por HIV, incluindo implementação numérica computacional e avaliação dos resultados com dados reais. Os modelos utilizados contemplam a presença de incertezas paramétricas e ruídos exógenos estocásticos. É utilizado o Filtro de Kalman Estendido para se estimar o estado, necessário para realizar a versão malha fechada do Controle Ótimo. Avaliação comparativa dos métodos implementados são feitas à luz de critérios estabelecidos a priori, incluindo esquemas de tratamentos medicamentosos preconizados pela Organização Mundial de Saúde (OMS).

O trabalho consiste na implementação e na análise da lei de controle TECS (Total Energy Control System) em sistemas de automanete. Objetivando-se estabelecer uma comparação de desempenho, foram implementados, ainda, mais dois tipos de controladores (de velocidade e de ângulo de trajetória) baseados em leis de controle convencionais. Os modelos não-linear e linear e as topologias de controle utilizadas foram desenvolvidas através do software MatLab/Simulink (versão R13). Os ganhos dos controladores foram encontrados por meio de algoritmos de otimização, baseados nos índices de desempenho comumente utilizados na indústria aeronáutica. Visando-se a praticidade no manuseio dos modelos aeronáuticos em estudo, foi desenvolvida também uma ferramenta de interface com o usuário, capaz de demonstrar o comportamento dos modelos longitudinais de duas aeronaves conhecidas no mercado, em três pontos distintos do envelope de vôo.

This work presents the application of the Linear Quadratic Tracker (LQT) for the automatic landing system of passenger transport airplanes. The design method to achieve an autoland flare law with improved performance and disturbance rejection is described. With this method the design is direct and more formal thus avoiding the somewhat time consuming and more ad-hoc design iterations currently practice in industry. Although the design technique has been used for a autoland system, the approach is general enough to be used in other control applications. The structure of a traditional flare controller used for transport airplane and the LQT flare controller are presented. The performance of the flare control law designed based on LQT is compared against the performance of a traditional flare control law. Simulation time histories and Monte Carlo simulation results are presented. The time histories simulations cover the nominal and the most adverse conditions anticipated during the operation of the autoland system. The results show that the LQT law provides a more accurate path control and better disturbance rejection. The Monte Carlo simulation was made according to the certification requirements of an autoland system. The results show that the LQT controller provides reduced touchdown dispersion for the sink rate and distance at touchdown. The automatic landing system using LQT complies easily with the certification requirements, whereas the traditional system based on the classical design of autopilot inner loop/outer loop meets the certification requirements with smaller margins.

Esta dissertação tem como tema o estudo do movimento longitudinal de uma aeronave conceitual supersônica utilizando o posicionamento do centro de gravidade, além das superfícies de controle. Aeronaves supersônicas apresentam variações em seus comportamentos à medida que aumentam sua velocidade e estabelecem o regime supersônico. O posicionamento do centro de gravidade é um meio de se compensar tais variações. Os objetivos deste trabalho consistem na estimativa das derivadas de estabilidade da aeronave Strider, na verificação da influência do centro de gravidade no comportamento da aeronave e por fim, na proposta e simulação de um sistema de controle para o centro de gravidade. As derivadas de estabilidade são estimadas, em função de Mach e posição do centro de gravidade, utilizando o software USAF Stability and Control Digital Datcom. A influência do centro de gravidade é verificada nas derivadas e nas equações do movimento longitudinal. O sistema de controle é implementado através de realimentação de estados por um regulador linear quadrático (LQR). Simulações são realizadas utilizando as estimativas das derivadas de estabilidade e as equações não-lineares do movimento. Nos resultados são comparadas acelerações da aeronave em altitude constante utilizando três controladores distintos. O primeiro com centro de gravidade fixo, o segundo com matriz constante de ganhos e o terceiro com escalonamento de ganhos (de acordo com Mach).

Aeroportos no centro de cidades, em regiões montanhosas ou com obstáculos próximos à pista exigem ângulos de trajetória de aproximação mais íngremes que o usual. Os motivos para essa adequação são a necessidade de cumprimento das restrições quanto à emissão de ruídos ou até mesmo as limitações físicas impostas pelo relevo ou pelos obstáculos que rodeiam os aeroportos. A proposta deste trabalho é projetar um piloto automático de aproximação para uma aeronave executiva a jato em condição de steep approach (descida íngreme). Ao longo do texto, os fundamentos teóricos são apresentados e a estrutura do controlador é definida. Um modelo linearizado da aeronave em configuração de pouso é utilizado e o cálculo dos ganhos é realizado através da metodologia LQ (Linear Quadrática), ponderando-se os estados e o erro de estado estacionário. O desvio em relação ao estado estacionário é ponderado no tempo de forma a penalizar desvios grandes nos últimos instantes. Consideram-se ainda os valores de amortecimento dos pólos do sistema em malha fechada no cálculo do índice de desempenho. O sistema com o controlador projetado é avaliado em condições de distúrbios atmosféricos e quanto à qualidade de voo e estabilidade segundo critérios presentes na literatura. São incluídos os atrasos e saturações dos atuadores tanto no cálculo dos ganhos do sistema quanto nas simulações.

O reabastecimento em voo é uma tarefa que permite que uma aeronave aumente seu alcance sem a realização de um pouso. Neste trabalho, a modelagem da aeronave receptora para simulação do reabastecimento em voo é apresentada. Com base nessa modelagem, um sistema de controle automático para essa tarefa é proposto. Esse sistema visa controlar a aeronave receptora na fase de acoplamento e na fase de transferência de combustível. Os controladores são desacoplados em relação ao movimento longitudinal e látero-direcional e são projetados através de técnicas de controle moderno baseada em reguladores lineares quadráticos com realimentação de saída. As simulações mostram o desempenho do controlador durante o acoplamento, incluindo sua capacidade de rejeitar distúrbios atmosféricos e durante a transferência de combustível, com variação de massa da aeronave receptora. Um controlador com escalonamento de ganhos em relação à massa também é projetado e seus resultados comparados ao controlador proposto anteriormente. As simulações mostram que a estrutura de controle proposta é capaz de cumprir a tarefa de reabastecimento em voo satisfatoriamente.

Made available in DSpace on 2015-04-22T22:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Final Gisele Lira.pdf: 2945367 bytes, checksum: 57a06468ad5309a2985be8b8ca0281d4 (MD5) Previous issue date: 2010-08-27 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The sub-actuated mechanical system of the double inverted pendulum on a cart is a complex subject in the field of control theory. The main reason researchers have focus their attention on this system is its characteristic difficulty on balancing two rods in vertical only using the movement of the cart. Although the evolution of the control theory throughout the years, the development of a robust controller is still an open question. In order to provide a study on more efficient control techniques, considering aspects of efficiency and robustness, we performed a comparative study from which we chose the most appropriate to make part of the model presented in this work. Since there is no a common standard in the different control laws applied to the system, it is modeled, linearized and its dynamic movements are studied. Three control techniques are designed to this modeled system: linear quadratic regulator (LQR), fuzzy logic control and sliding mode control. To the last technique we applied an improvement in the switching function in order to decrease the effects of the chattering problem, using the saturation function. The asymptotic stability of the sliding mode surfaces in each one of these subsystems is proved theoretically using the Barbalat s lemma and the Lyapunov stability. The results of the simulations to the LQR and fuzzy control applied to the linearized system proved its efficiency in stabilizing the system, and the fuzzy controller as a better approximation of the state variables of the equilibrium point, however, their response is slow. The results with the sliding mode controller also present better results when compared to the LQR, with a faster response. The results with the hierarchical sliding mode controller proved its efficiency in face of the uncertainty of the system and the function used to decrease the effects of the chattering problem showed itself useful. / O sistema mecânico sub-atuado duplo pêndulo invertido sobre um carro é um sistema complexo em termos da teoria de controle. O principal motivo de interesse de pesquisadores por este sistema é a dificuldade característica deste sistema em equilibrar duas hastes na vertical apenas com o movimento do carro. Apesar da evolução da teoria de controle ao longo dos anos, o desenvolvimento de um controlador robusto ainda é uma questão aberta. A fim de promover uma análise sobre as técnicas de controle existentes, considerando aspectos de eficiência e robustez, um estudo comparativo foi realizado e, a partir dele, foram escolhidas as mais eficientes para fazer parte do modelo proposto neste trabalho. Devido a dificuldade de padronização entre as diferentes leis de controle aplicadas ao sistema, o mesmo é modelado, linearizado e seus movimentos dinâmicos são estudados. Três técnicas de controle são projetadas para este sistema modelado, sendo elas regulador linear quadrático LQR, controle por lógica fuzzy e controle por modo deslizante. Para este último aplicamos uma melhoria na função de chaveamento visando a atenuação do problema de chattering, utilizando a função de saturação. A estabilidade assintótica das superfícies de modo deslizante de cada um destes subsistemas é provada teoricamente usando o lema de Barbalat e a teoria de estabilidade de Lyapunov. Os resultados de simulações para o controle LQR e fuzzy aplicados ao sistema linearizado comprovam sua eficiência na estabilização do sistema, sendo que o controlador fuzzy possui uma melhor aproximação das variáveis de estado do ponto de equilíbrio, contudo, sua resposta é lenta. Os resultados com o controlador por modo deslizante apresentam também melhores resultados frente ao LQR, com uma resposta mais rápida. Os resultados com o controlador por modo deslizante hierárquico comprovam sua eficiência frente às incertezas do sistema e a função utilizada para atenuação do fenômeno de chattering mostrou-se eficaz.

O estudo da estabilidade e desempenho em sistemas de controle é um tópico relevante na teoria de sistemas. Quando são assumidas incertezas no modelo da planta, existe uma maior dificuldade para garantir um nível de desempenho adequado do sistema dinâmico e a estabilidade pode ser comprometida. Neste trabalho são utilizados um regulador linear quadrático robusto e um filtro de Kalman robusto combinados em uma única formulação para tratar de sistemas dinâmicos incertos em tempo real. O caso de estudo selecionado é o pêndulo invertido. Seus principais desafios de controle encontrados na literatura: estabilização, seguimento e levantamento-captura, serão considerados. Os algoritmos utilizados são motivados pelo fato de que problemas estocásticos podem ser resolvidos por meio de argumentos determinísticos, baseados nos conceitos de função penalidade e mínimos quadrados regularizados. Desta forma, é possível a obtenção do melhor desempenho em contrapartida à máxima influência de incerteza admissível. A análise de desempenho do controlador robusto é realizada por meio de ensaios práticos incluindo incertezas na planta, ruído nos sensores e distúrbios no sinal de controle do pêndulo. / The study of stability and performance in control systems is a relevant topic in systems theory. When uncertainties are considered in the model of the plant, there is a greater difficulty in ensuring an appropriate performance level of the dynamic system, plus, the stability could be compromised as well. In this dissertation a robust linear quadratic regulator and a robust Kalman filter are used in a unified manner to deal with uncertain dynamic systems in real time. The selected case study is the inverted pendulum. Its main control challenges found in the literature will be considered: stabilization, tracking and catching swing-up. The used algorithms are motivated by the fact that stochastic problems can be solved through deterministic arguments based on the concepts of penalty function and regularized least-squares. Thus, it is possible to obtain an optimal performance for the maximum acceptable uncertainty. The performance analysis of the robust control is carried out by practical experiments including uncertainties in the plant, noise in the sensors and disturbance in the pendulum control signal.

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma lei de controle longitudinal para o rastreamento do sinal de glideslope através do uso da metodologia Linear Quadrática com realimentação de saída e restrições do conjunto de controles admissíveis. Várias condições de vôo de uma aeronave comercial a jato em aproximação para pouso, incluindo diferentes configurações de centro de gravidade, massa, velocidade e altitude foram consideradas. A arquitetura básica utilizada para o projeto consistiu na criação de uma malha interna, responsável pelo aumento de estabilidade do sistema (SAS), e de malhas externas, cuja função é efetuar o seguimento das variáveis que traduzem o perfil da trajetória. O cálculo dos parâmetros do controlador foi realizado por um método algorítmico de otimização local com restrições, de acordo com a metodologia proposta e utilizando matrizes de ponderação diagonais. O projeto do controlador feito de duas maneiras diferentes: síntese parcial ou conjunta dos ganhos. Para cada maneira são expostos os resultados, tais como resposta dos atuadores, análises de estabilidade e de qualidade de vôo. O controlador projetado através da síntese parcial dos ganhos apresentou melhores margens de estabilidade. Foram realizadas simulações temporais do modelo linear em malha aberta e em malha fechada, para efeitos de comparação. Foi possível mostrar que o sistema em malha fechada é capaz de efetuar o seguimento das trajetórias propostas, ainda que submetido a desvio das condições de equilíbrio, rajada e turbulência. Um escalonamento de ganhos do SAS, em função da velocidade verdadeira e da pressão dinâmica, foi proposto de modo a englobar o envelope de operação da aeronave. Através desse escalonamento, foi possível manter as mesmas características dinâmicas para o conjunto aeronave com SAS, independentemente da condição de altitude de vôo, massa da aeronave, posição do centro de gravidade e velocidade calibrada de aproximação.

Esta tese trata das propriedades estruturais e do controle de sistemas lineares singulares sujeitos a saltos Markovianos (SLSSM). Três questões fundamentais são consideradas para esta classe de sistemas. A primeira estabelece condições necessárias para que o sistema seja estocasticamente regular em um período de tempo determinado. A segunda trata da estabilidade exponencial estocástica de SLSSM. Equações de Lyapunov acopladas generalizadas são deduzidas para caracterizar estabilidade deste tipo de sistema. Em virtude da complexidade das soluções numéricas dessas equações, cada equação de Lyapunov do conjunto acoplado está em função de duas variáveis desconhecidas, estamos propondo um algoritmo para resolver este problema. A terceira questão diz respeito à síntese de um regulador para este tipo de sistema singular definida em termos de equações algébricas generalizadas de Riccati acopladas. / This thesis deals with the structural features and with the control of singular linear systems with Markovian jump parameters (SLSMJP). Three fundamental questions are considered to this class of systems. The first provides necessary conditions to characterize stochastic regularity in a determined period of time. The second deals with exponential stability of SLSMJP. Coupled generalized Lyapunov Equations are deduced to check the stability of this class of systems. In virtue of the complexity of the numerical solutions of these equations, there exist two unknown variables for each equation of the set of coupled Lyapunov equations, we are proposing an algorithm to solve this problem. The third question is related with the synthesis of a regulator for this class of singular systems defined in terms of coupled algebraic generalized Riccati equations.