Este trabalho consiste na proposição de uma metodologia que garanta o projeto efetivo de controladores para utilização em sistemas de proteção, operação e supervisão de sistemas APM (Automated People Movers), utilizando como estudo de caso o Sistema Aeromovel. Automated People Movers (APM) são sistemas de transporte de passageiros com operação completamente automatizada (sem tripulação), trafegando em vias exclusivas e com alta frequência de serviço. Geralmente são operados em via elevada, acima dos obstáculos encontrados no nível do solo, de maneira a manter o espaço urbano de circulação. A automação completa de trens para transporte de passageiros é geralmente condição essencial para sua viabilidade financeira nos casos onde tem-se veículos pequenos para prover alta frequência de serviço. Em parte, a confiabilidade de um veículo com operação completamente automatizada aumenta com o uso de vias exclusivas impedindo a interferência de outros veículos ou pessoas na via, porém, uma metodologia de desenvolvimento do sistema de proteção, operação e supervisão que diminua a taxa de falhas e suas consequências é necessária por tratar-se de um sistema crítico. Este trabalho apresenta uma revisão das soluções utilizadas na construção de Sistemas APM e daquelas adotadas no controle digital de sistemas automáticos. Descreve-se o processo de construção do sistema de proteção, operação e supervisão baseados na proposta de ampliação da norma IEC 61850 e prova-se a importância do uso do processo de simulação, verificação formal e os testes de conformidade no desenvolvimento de um sistema de controle seguro para aplicação em Sistemas APM. Para cada etapa do trabalho são apresentados os testes de conformidade para verificação do modelo de controle proposto. / This work consists in the proposition of a methodology that guarantees the effective design of controllers for use in protection, operation and monitoring Automated People Movers System, using as a case study Aeromovel system. Automated People Mover (APM) are systems of passenger transport with entirely automated operation (without crew), traveling in exclusive ways and with high service frequency. They are usually operated at elevated highway above the obstacles encountered on the ground level, so as to keep the urban space circulation. The complete automation of trains for passenger condition is necessary for their economic viability in the cases where they have small vehicles to supply high frequency of service. The reliability of an fully automated vehicle operation increases with the use of exclusive right-of-way preventing access from other vehicles or people on the track, however, the development of a methodology for protection, operation and monitoring systems is necessary to decrease the rate of failures and their consequences. This work presents a review of the solutions used in the construction of APM systems and the digital control of automated systems. We describe the construction process of the protection, operation and supervision systems based on the proposed extension of IEC 61850 and proves the importance use of the simulation, formal verification and conformity tests to develop a safe control system. For each stage of the work, the compliance tests to verify the proposed control model are presented.

Visando apoiar o desenvolvimento de controladores para servoposicionadores pneumáticos, é apresentada no presente trabalho uma proposta de um procedimento baseado no uso de redes neurais para a determinação de modelos matemáticos precisos que possam ser aplicados tanto para a simulação do seu comportamento dinâmico quanto na estrutura de controladores que utilizam estratégias baseadas em modelos. No âmbito do trabalho, esse procedimento foi testado por meio de sua aplicação na identificação das forças de atrito e da relação pressão/vazão mássica nos orifícios de controle da servoválvula (que consistem nas principais não-linearidades envolvidas em tais sistemas). Além disso, determinou-se através de redes neurais a relação inversa entre as vazões desejadas e o sinal de controle da servoválvula (difeomorfismo), a qual é aplicada em técnicas de controle baseadas em modelos. Visando validar o procedimento de modelagem proposto, foram realizadas simulações em malha aberta e malha fechada, cujos resultados são comparados com os de experimentos realizados em uma bancada de testes. Com o intuito de comprovar sua eficácia em aplicações de controle, o modelo baseado em redes neurais foi utilizado no desenvolvimento de um controlador não-linear sintetizado de acordo com uma estratégia em cascata (a qual foi já testada em outros trabalhos, mostrando resultados satisfatórios quando aplicada ao controle de servoposicionadores pneumáticos). No entanto, essa estratégia apresenta dificuldades de implantação em decorrência das dificuldades associadas ao processo de identificação dos parâmetros do sistema, que são especialmente trabalhosos neste caso. As características de estabilidade em malha fechada foram analisadas por meio do segundo método Lyapunov. Os resultados experimentais em malha fechada obtidos atestam a eficácia da estratégia de controle proposta. / The development of a precise positioning system has motivated several researches in the pneumatic systems control area to overcome the problems caused by these nonlinearities, by appropriate feedback control algorithms. In this work it is proposed a methodology based on neural networks to achieve accurate mathematical models that can be used in simulation as in controllers techniques based on models. This methodology was tested through its application in identifying the phenomenon of friction and the relationship pressure/mass flow through servo valve orifices control holes. Furthermore, using neural networks, the inverse relationship between the desired flow rates and control signal of servo valve (diffeomorphism), which is applied in various control techniques based on models, was determined. To evaluate the proposed modeling methodology, simulations were done in open and closed loop, and the results were compared with experiments conducted on a real pneumatic servo positioning system. A neural network based model was used to develop a nonlinear controller according to a cascade strategy with friction compensation (which has been tested on other studies showing satisfactory results when applied to pneumatic servo positioning control). The cascade control strategy, despite showing a good performance in trajectory tracking, presents significant difficulties in implementation due mainly to difficulties associated with the system parameters identification process, which are especially expensive. The characteristics of the closed loop stability were analyzed by Lyapunov method. The experimental results obtained in closed loop attest the efficiency of the proposed control strategy.

Orientador: Franco Giuseppe Dedini / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-05T16:15:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LombardiJunior_ArleydeBarros_D.pdf: 5366373 bytes, checksum: 0982b8d5bebb123f92dc4438f65e3f2c (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Esta tese consiste no desenvolvimento de estratégias de controle para o sistema de motorização servo assistido para cadeirantes. O sistema combina as vantagens do sistema de propulsão motorizado como aumento da acessibilidade e mobilidade com as vantagens do sistema manual que é o aumento da capacidade muscular e cardiovascular. Este sistema de motorização atua somente quando a força de propulsão exercida pelo usuário é superior à um determinado limite, o que evita o desenvolvimento de lesão por esforço repetitivo. Metodologicamente foi definido um modelo biomecânico para análise dos esforços do ciclo de propulsão aliado a um modelo dinâmico do sistema para análise e simulação das rotinas de controle propostas. Para geração das estratégias de controle utilizou-se a metodologia de projeto axiomático integrado as estruturas de controle de sistemas multi-agentes, sistemas subsumption e lógica nebulosa. As rotinas foram testadas no modelo dinâmico onde foi possível determinar sua eficiência. Finalizando o processo de concepção do sistema de controle foi construído um programa para simulação do mesmo e um protótipo em escala controlado por este programa. Concluindo o trabalho apresenta o primeiro desenvolvimento de controle para motorização servo assistida e também a primeira utilização de metodologia de projeto axiomático para desenvolvimento de estratégias de controle / Abstract: The aim of this dissertation is to develop control strategies for servo-assisted motorization. The system brings the power wheelchair advantages because it increases the accessibility and mobility, but it also brings manual wheelchair advantage that is the opportunity to increase the muscular and cardiovascular capacity. Thus the servo assisted wheelchair is a therapeutic wheelchair which allows the user increases his physical and pulmonary capacity without risk of injury for repetitive effort. The motorization only turns on when the propulsion force applied by the user is higher than a specific value. Methodologically was defined a biomechanical model for analysis of the efforts during the propulsion cyc1e. This model was associated with a wheelchair dynamic model. The new model allows the analysis and simulation of the control strategies proposed. For control strategies generation it was used methodology axiomatic design integrated with the structures of multi-agents control systems, subsumption systems and fuzzy logic. The strategies had been tested using the dynamic model and it was possible to determine its efficiency. It was developed a program for mathematical simulation and a prototype controlled by this program for testing some results. Conc1uding the work presents the first development for control of servo assisted motorization and it is the first application of axiomatic design methodology for control strategies development / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: João Mauricio Rosario / Tese (doutorado) - Univesidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T16:34:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_Clivaldode_D.pdf: 5223998 bytes, checksum: c36fcec78e3e356ae03181c517e79e0a (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo a modelagem e simulação de sistemas dinâmicos, com ênfase no estudo e implementação de controladores de posição de juntas robóticas. Inicialmente é realizado o estudo dos elementos constituintes de uma junta robótica, tais como: motor de corrente contínua, inércia, redutores e acoplamento. A partir desse estudo é possível a definição da estratégia de controle a ser utilizada, incluindo o desenvolvimento de um gerador de trajetórias utilizado como referencia dentro de uma malha de controle envolvendo estes elementos. A validação final dos algoritmos de controle desenvolvidos é realizada através de uma bancada experimental descrita nesse trabalho / Abstract: This work has as objective the modeling and simulation of dynamic systems, with emphasis in the study and controllers of position of joints robotics implementation. Initially the study of the constituent elements ofajoint robotics is accomplished, such as: DC motor, inertia and reducers. To go on with this study will be necessary the definition of the control strategy, inc1uding the development of a generator of trajectories used inside as reference of a control involving these elements. The final validation of the developed control algorithms is accomplished through a supported experimental / Doutorado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Doutor em Engenharia Mecânica

Las plantas conforman gran parte del planeta cumpliendo un rol muy importante en el ecosistema de la Tierra; sin ellas, nuestro entorno no sería como lo conocemos. Este asunto de estudio busca trasladar una planta hacia una zona donde exista mayor cantidad de luz y en la medida de lo posible, trasladarla a una zona donde incida luz solar directa. Se utilizó la robótica como medio para poder lograr esta labor, para así desarrollar un producto con un objetivo definido y un uso determinado. Este estudio sería la base para lograr un producto comercial. Se desarrolló un robot autónomo el cual consta de un sistema de desplazamiento a base de servomotores, un sistema de sensores infrarrojos para la detección de obstáculos, un sistema de sensores de intensidad de luz, y un sistema de control basado en el microcontrolador ATmega8 de la familia ATMEL.

En el presente trabajo se muestra el diseño mecánico de un equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo empleando un mecanismo paralelo del tipo 2- UPU (R), el cual cuenta con dos grados de libertad para realizar los movimientos de flexión dorsal-plantar e inversión-eversión, y una restricción pasiva que garantiza un punto de rotación fijo. El diseño se obtuvo mediante una exhaustiva investigación del estado del arte y la aplicación de la metodología indicada en el estándar alemán VDI 2221. El rehabilitador de tobillo propuesto es accionado por dos servomotores eléctricos lineales que permiten realizar trabajos pasivos y activos en flexión dorsal-plantar e inversión-eversión. De acuerdo a la configuración establecida, cada uno de estos movimientos se encuentra limitado a 30° y 18° respectivamente, y la carga máxima sobre el tobillo limitada a 120 Nm. Las dimensiones del equipo son 440 mm de altura, 450 mm de longitud y 250 mm de ancho; lo cual satisface los requerimientos ergonómicos de una persona con estatura aproximada al de la media de la población del Perú. Como resultado de este trabajo se obtienen los planos de ensamble y fabricación del equipo para la rehabilitación de la movilidad del tobillo y los costos asociados a la fabricación de piezas, compra de componentes estandarizados, ensamble e instalación, y desarrollo de la ingeniería. El costo total del proyecto asciende a 8,770.00 USD.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 458176.pdf: 1398476 bytes, checksum: 6e569958bcd1acf711ee0ad6ae85de51 (MD5) Previous issue date: 2014-03-14 / This work addresses discrete time optimal controllers, in particular: the Proximate Time Optimal Servomecanism (PTOS) and the Dynamically Damped Proximate Time Optimal Servomecanism (DDPTOS). Lyapunov theory is used to ensure the stability of the controllers by casting the problem in terms of Linear Matrix Inequalities (LMI). Considering this, there are two main objectives of this work: shown the discrete formulation of the DDPTOS and; relaxed constraints of the classic proof of stability of these controllers, allowing an extension of these techniques to damped systems. Initially, the stability of the closed-loop system is assessed by casting the PTOS nonlinearities in a sector-bounded framework, leading to a set of LMI conditions to be satisfied by the controller parameters. Then, a similar formulation is applied to the discrete DDPTOS, where a linear parametric varying model is used to represent the nonlinearity that adds damping to the system. As a result, a polytopic approach is taken on the limits of the varying parameter given by this representation. The two proposed approaches are validated through experiments in a physical system consisting of a damped servomechanism. / Este trabalho aborda controladores de tempo ?timo no dom?nio discreto, sendo eles: Proximate Time Optimal Servomecanism (PTOS) e Dynamically Damped Proximate Time Optimal Servomecanism (DDPTOS). Para garantir a estabilidade destes controladores ? utilizado a Teoria de Lyapunov e como solu??o a formula??o por desigualdade linear matricial (em ingl?s, linear matrix inequalities - LMI). Considerando isso, s?o dois os objetivos principais deste trabalho: apresentar a formula??o discreta para o controlador DDPTOS e; relaxar as restri??es da prova cl?ssica de estabilidade destes controladores, possibilitando a extens?o da t?cnica para sistema com atrito. Inicialmente, a prova de estabilidade do sistemas em malha fechada ? avaliada enquadrando a fun??o n?o-linear do controlador PTOS dentro de um setor delimitado, conduzindo a um conjunto de restri??es LMIs a ser satisfeita pelos par?metros do controlador. Em seguida, uma formula??o similar ? aplicada no controlador discreto DDPTOS, onde a sua principal diferen?a ? a utiliza??o do modelo de sistemas lineares com depend?ncia param?trica para representar a n?olinearidade que adiciona amortecimento ao sistema. Como consequ?ncia, forma-se um politopo com os limites obtidos atrav?s desta representa??o. As duas abordagens propostas s?o validadas atrav?s de exemplos de simula??o e experimento em um sistema f?sico composto por um servomecanismo com atrito.

Made available in DSpace on 2015-04-14T13:56:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 462535.pdf: 2831098 bytes, checksum: 68e2e14cae00038d54ccc16f10fe2911 (MD5) Previous issue date: 2014-08-21 / Auto guided vehicles are robots capable of moving in an intelligent way in order to accomplish different tasks. Nowadays, researches not only aiming industry operation, but also vehicles that may act in hostile environments, either complex or even with more skills and strenght than a human being are being developed everywhere in the world. These vehicles need not only a smart way of displacement, but also need sensors capable of sensing changes in the environment and locate the device with success. This work develops an Omni-Directional vehicle - a vehicle capable of displacement in an XY plane without changing its original orientation and also capable of rotating about its own axis - going from the development of its mathematical model to the control strategy of the trajectory, going through sensoring via Visual Servoing and inertial sensors fused with a Kalman Filter. Also, a prototype was used in experiments for comparison with simulations performed in a virtual environment. / Ve?culos auto guiados s?o rob?s capazes de se deslocar de maneira inteligente afim de cumprir diversas tarefas. Atualmente, pesquisas voltadas n?o somente para a opera??o em ind?strias, mas tamb?m para ve?culos que possam atuar em ambientes in?spitos, complexos ou mesmo com mais agilidade e for?a que um ser humano est?o sendo desenvolvidas em toda a parte do mundo. Esses ve?culos necessitam n?o s? de uma maneira inteligente de se locomover, mas precisam tamb?m de sensores capazes de perceber mudan?as no ambiente e realizar sua localiza??o com sucesso. Este trabalho desenvolve um ve?culo Omni-Direcional - ve?culo capaz de se movimentar em um plano XY mantendo sua orienta??o inicial e tamb?m capaz de rotacionar em seu pr?prio eixo - tratando desde seu modelamento matem?tico, at? o controle de sua trajet?ria, passando pelo sensoriamento utilizando um sensor de vis?o e um sensor inercial com um Filtro de Kalman Extendido para realizar a fus?o destas informa??es. Ser? aplicado um controlador n?o-linear de tempo ?timo denominado PTOS em cada um de seus graus de liberdade. Para isso, um prot?tipo foi utilizado para ensaios reais e compara??o com simula??es feitas em um ambiente virtual.

O trabalho apresenta uma análise e posicionamento do trabalho no contexto histórico, a descrição detalhada do sistema de controle direcional da aeronave e avalia a influência da temperatura no desempenho do sistema de atuação direcional de uma aeronave através do desenvolvimento matemático de modelos do sistema que considera não linearidades e permite a simulação de seu comportamento sob diferentes temperaturas e para diferentes fluidos, usando o método de Grafos de Ligação.

Para o desenvolvimento de algoritmos de controle que permitam o bom desempenho e a estabilidade em voo de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) é necessário que se disponha de modelos de atuadores (servo atuadores) e modelos da dinâmica de voo validados dessas aeronaves. Os servo atuadores são dispositivos de grande importância no controle de VANTs onde são usados para comandar as superfícies de controles aerodinâmicos. O desempenho e a estabilidade do controlador para estes veículos dependem da modelagem adequada dos servo atuadores, bem como, da identificação dos parâmetros físicos experimentais. Neste trabalho é desenvolvido um ambiente integrado para modelar, simular e controlar os servo atuadores. O software LabVIEW foi usado para desenvolver um sistema automático que gera um sinal de controle PWM e também monitora a resposta dos servo atuadores. O ambiente integrado incorpora muitas opções de sinais de controle usando para isto uma placa de aquisição de dados NI. Os sinais de entrada e saída são usados para identificar possíveis modelos do atuador, são analisados em tempo e frequência, e então processados por um sistema de identificação e estimação de parâmetros no ambiente MATLAB. Os parâmetros dos modelos da dinâmica de voo são as derivadas aerodinâmicas de estabilidade e controle, na qual estes parâmetros são estimados através de diversas técnicas de identificação de parâmetros, dentre elas destaca-se principalmente a modelagem aerodinâmica baseada em ensaio em voo. Para que seja possível realizar essas tarefas de identificação, é necessário que sejam monitorados diversos parâmetros de voo da aeronave. Este trabalho também apresenta a integração e a operacionalização de um sistema de aquisição de dados de ensaio em voo (Icasim) que possui incorporado ao seu sistema sensores de atitude (crossbow), ponta de prova anemométrica (a, b, altitude, temperatura) e outros subsistemas que permitem o monitoramento da deflexão das superfícies de controle e da rotação do motor para ensaios em voo do Vector-P (VANT de médio porte).