O objetivo desta tese é modelar o sistema anti-skid de uma aeronave utilizando o aplicativo AMESIM e analisar os resultados apresentados por meio de simulação. Considera-se o comportamento normal do sistema e o efeito da ocorrência de diferentes tipos de falhas. Este aplicativo é baseado na teoria de Grafos de Ligação e permite a construção de modelos dinâmicos com elevado grau de detalhamento. O modelo elaborado visa à utilização na validação de propostas de estratégias de controle para o sistema anti-skid.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

Este trabalho discute o problema do controle preciso do seguimento de trajetórias de um servoposicionador pneumático. Um modelo matemático para o servoposicionador pneumático é apresentado, com atenção especial sendo dada à modelagem dos efeitos do atrito. Para a representação desses efeitos, é proposta uma modificação da estrutura matemática de um modelo de atrito amplamente utilizado no contexto dos algoritmos de controle em tempo real de servomecanismos (o modelo LuGre). A validade da aproximação proposta é justificada por meio de argumentos tanto analíticos como baseados em simulações. Com base no modelo para o atrito resultante da modificação proposta, apresenta-se um novo algoritmo de controle para o servoposicionador pneumático. Esse algoritmo é desenvolvido de acordo com a metodologia do controle em cascata, associada à técnica do controle a estrutura variável, sendo dotado de um esquema de compensação adaptativa dos efeitos do atrito e das forças externas aplicadas ao sistema. Uma análise de estabilidade completa é realizada para o sistema em malha fechada, onde são estabelecidas condições suficientes para que seja assegurada a convergência assintótica dos erros de seguimento para zero e dos parâmetros estimados a valores limitados. Também é apresentada uma análise de robustez do sistema controlado frente a incertezas nos parâmetros do modelo matemático do mesmo. O controlador proposto é avaliado por meio de testes por simulação e por aplicação a uma bancada experimental. / This work discusses the problem of the precise control of the trajectory tracking executed by a pneumatic positioning system. A mathematical model of the pneumatic positioning system is presented, with special emphasis given to the modeling of friction effects. For representing such effects, it is proposed a modification in the mathematical structure of a friction model that is widely employed in the context of the real-time control of servomechanisms (the LuGre model). The validity of the proposed approximation is justified by means of analytical arguments as well as simulation results. Based on the friction model that results from the proposed modification, a new control algorithm to be applied to the pneumatic positioning system is presented. Such algorithm is developed according to the cascade methodology, in association with the variable structure control technique and equipped with an adaptive compensation scheme of the effects of friction and external forces applied to the system. A complete stability analysis of the closed loop system is developed, and sufficient conditions are determined so that the asymptotic convergence of the tracking errors of the system to zero and of the estimated parameters to limited values is ensured. The robustness properties of the controlled system with respect to parametric uncertainties in its mathematical model are also analyzed. The performance of the controller is studied by means of simulation and experimental tests.

Orientador: João Mauricio Rosario / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T12:17:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hermini_HelderAnibal_M.pdf: 23638216 bytes, checksum: 10e5b83880a18ac1bd17625ea99de153 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: Este trabalho analisa a nível teórico e de simulação as Não-Linearidades presentes na modelagem e controle de robôs. Ao mesmo tempo é apresentado um estudo detalhado sobre sistemas Não-Lineares envolvendo o desenvolvimento de Controladores Não-Lineares para Manipuladores Industriais. As simulações são realizadas a partir do desenvolvimento do modelo dinâmico de manipuladores de até dois graus de liberdade, considerados rígidos, podendo ser futuramente estendidos a outros graus de liberdade e ao caso de manipuladores flexíveis. A partir dos resultados apresentados na simulação, pode-se mostrar vantagens e inconvenientes da utilização desses controladores em relação aos controladores tradicionais / Abstract: This work analyses the theory and simulation of Non-Linearitys found in the equations and robots control with one and two degrees of freedom. Simultaneously it is presented a detailed work on non linear system involving the development of Non Linear Controls for Industrial Manipulators. This process is moré advantageous than the classical linear controls. Extension to other related works including Flexible Manipulators are also Suggested. / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:54:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicolato_Fabricio_D.pdf: 1516280 bytes, checksum: 96229803f3bca54f669d4dcc22108c02 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese trata o problema da resolução do modelo cinemático inverso para manipuladores industriais redundantes ou não. O problema foi abordado por um método de busca heurística no qual a solução da cinemática inversa é construída passo a passo calculando-se a contribuição do movimento de apenas uma junta a cada iteração. Dessa forma, o problema n-dimensional é transformado em problemas unidimensionais mais simples, cuja solução analítica tanto para juntas rotacionais quanto para juntas prismáticas é apresentada em termos da representação de Denavit-Hartenberg. O método proposto não possui singularidades internas. Além disso, o método foi expandido para incorporar informações de sensores externos visando fazer com que o processo seja mais robusto a incertezas nas modelagens envolvidas. Foram realizadas diversas simulações e comparações com técnicas tradicionais que evidenciaram as vantagens da abordagem proposta. O trabalho também englobou o projeto e a construção de um ambiente experimental e a implementação das técnicas desenvolvidas na parte teórica. Desenvolveu-se um sistema com um robô planar redundante de 3 DOF, assim como seus sistemas de controle, acionamento e interfaceamento usando técnicas de sistemas hardware-inthe-loop e lógica programável. As técnicas desenvolvidas foram aplicadas no ambiente experimental demonstrando características como: facilidade de lidar com redundâncias, capacidade de resolução em tempo real, robustez a incertezas de parâmetros etc / Abstract: This thesis deals with the problem of solving the inverse kinematics model of redundant and nonredundant industrial manipulators. The work was developed in a theoretical and a practical part. The problem was approached by an heuristic search method in which the solution of the inverse kinematics is built step by step calculating the movement contribution of just a single joint for each iteration. In that way, the n-dimensional problem is transformed in simpler one-dimensional problems, whose analytic solution for both rotational joints and prismatic joints is presented in terms of the Denavit and Hartenberg representation. The proposed method does not possess internal singularities. Furthermore, the method was expanded to incorporate information of external sensor in order to make the process more robust to uncertainties in the involved modelings. Several results of simulations and comparisons with traditional techniques, which evidence the advantages of the proposed approach, are presented. The work also included the construction of an experimental environment and the implementation of the techniques developed in the theoretical part. The details of a system with a 3-DOF redundant robot as well as its control system, drivers and interfaces using hardware-in-theloop techniques and programmable logic are presented. The developed techniques were applied in the experimental environment are demonstrating their efficiency and evidencing characteristics like: easiness of dealing with redundancies, real time capacity, robustness for parameters uncertainties etc / Doutorado / Automação

This study presents an aeroelastic analysis including the servomechanism transfer functions. The aeroelastic (flutter) behavior of the dynamic structure is analyzed when a feedback control is introduced. A structural dynamic model is elaborated together with an aerodynamic model in order to obtain the aeroelastic model. A feedback control model was then implemented in the aeroelastic model to obtain the servomechanism model that is the focus of the analysis. A parametric study was made to analyze the behavior of the aeroelastic model with the feedback control. This parametric study consists in the variation of the parameters (gains of the transfer functions), which compound the feedback control model, and for each variation, a stability analysis (flutter analysis) was made and the results were plotted in the "v-g-f" graphs for obtaining the stability boundaries. From these graphs the stability tendencies with the introduction of the control system in the analysis could be determined.

Com o presente projeto se pretende desenvolver um protótipo de máquina de usinagem para atender a fabricação de pequenos lotes (10~20 peças), Esta máquina terá características intermediárias entre as máquinas universal (manual) e de controle numérico (CN); conjugando as vantagens funcionais destas duas: alta eficiência e flexibilidade. A máquina projetada terá uma operação manual (trajetória), e seu posicionamento será servo-assistido. Entenda-se \"desenvolver\" como: a) Propor uma estratégia de usinagem; b) Propor uma configuração de máquina que funcione segundo esta estratégia; c) desenvolver um protótipo e; d) validar a estratégia e a configuração através de testes no protótipo. A estratégia de posicionamento aqui proposta, é baseada em um posicionamento manual, ou seja, o operador define livremente o movimento da ferramenta com relação à peça a se fabricar. Porém, um computador monitora constantemente a posição da ferramenta e não permite a entrada desta numa região, nomeada \"Região Proibida\"; que corresponde ao perfil da peça. A região proibida é definida diretamente a partir de um desenho de CAD, dispensando o uso de alguma ferramenta computacional de geração automática de trajetória de ferramenta. Deste modo, o operador realiza a usinagem de desbaste. O acabamento é realizado automaticamente pelo computador, que faz com que a ferramenta contorne o perfil da peça, uma vez que o operador envia um sinal de partida. Uma possível configuração de máquina para alcançar esta estratégia é apresentada. E consiste de uma mesa XY servo controlada, adaptada a uma furadeira de bancada, onde operador comanda o movimento da mesa mediante um joystick. Através de ensaios de usinagem, o trabalho demonstra a eficácia da estratégia proposta. / Present project aims the development of a machine tool prototype for attend the manufacturing of small lots (10~20 pieces), This machine will have characteristics intermediate between the universal and the numerical control (CN) machines. The desired machine conjugates the functional advantages of both types of machines: high efficiency and flexibility. The machine, thus designed, will have a manual operation (the tool path is defined by the operator), and its positioning will be servoassisted. Here, \"to develop\" includes: a) to propose a machining strategy; b) to propose an arrangement of machine that works according to this strategy; c) to develop a prototype and; d) to validate the strategy and the arrangement through tests with the prototype. The positioning strategy, is based on a manual positioning, i.e., the operator defines freely the motion of the tool with respect to the work piece. However, a computer monitores constantly the tool position, not permitting the entrance of it inside the area, here called \"prohibited region\", corresponding to the profile of the part to be machined. Outside that region, the computer enables operator to move the tool as he wants. The prohibited region is defined directly from a CAD draft, eliminating the necessity of any kind of computer tools for generating automatically the tool path. Thus, the operator executes the rough machining. The finishing path is executed automatically by the computer that makes the tool contour the profile of the part, according to the start-up command given by the operator. In the work, one possible arrangement of machine to achieve this strategy is presented. It consists of servo controlled XY table and adjusted to a bench drill in which, the operator commands the table motion by means a joy-stick. By machining tests, this work shows the efficiency of the proposed strategy.

Com o presente projeto se pretende desenvolver um protótipo de máquina de usinagem para atender a fabricação de pequenos lotes (10~20 peças), Esta máquina terá características intermediárias entre as máquinas universal (manual) e de controle numérico (CN); conjugando as vantagens funcionais destas duas: alta eficiência e flexibilidade. A máquina projetada terá uma operação manual (trajetória), e seu posicionamento será servo-assistido. Entenda-se \"desenvolver\" como: a) Propor uma estratégia de usinagem; b) Propor uma configuração de máquina que funcione segundo esta estratégia; c) desenvolver um protótipo e; d) validar a estratégia e a configuração através de testes no protótipo. A estratégia de posicionamento aqui proposta, é baseada em um posicionamento manual, ou seja, o operador define livremente o movimento da ferramenta com relação à peça a se fabricar. Porém, um computador monitora constantemente a posição da ferramenta e não permite a entrada desta numa região, nomeada \"Região Proibida\"; que corresponde ao perfil da peça. A região proibida é definida diretamente a partir de um desenho de CAD, dispensando o uso de alguma ferramenta computacional de geração automática de trajetória de ferramenta. Deste modo, o operador realiza a usinagem de desbaste. O acabamento é realizado automaticamente pelo computador, que faz com que a ferramenta contorne o perfil da peça, uma vez que o operador envia um sinal de partida. Uma possível configuração de máquina para alcançar esta estratégia é apresentada. E consiste de uma mesa XY servo controlada, adaptada a uma furadeira de bancada, onde operador comanda o movimento da mesa mediante um joystick. Através de ensaios de usinagem, o trabalho demonstra a eficácia da estratégia proposta. / Present project aims the development of a machine tool prototype for attend the manufacturing of small lots (10~20 pieces), This machine will have characteristics intermediate between the universal and the numerical control (CN) machines. The desired machine conjugates the functional advantages of both types of machines: high efficiency and flexibility. The machine, thus designed, will have a manual operation (the tool path is defined by the operator), and its positioning will be servoassisted. Here, \"to develop\" includes: a) to propose a machining strategy; b) to propose an arrangement of machine that works according to this strategy; c) to develop a prototype and; d) to validate the strategy and the arrangement through tests with the prototype. The positioning strategy, is based on a manual positioning, i.e., the operator defines freely the motion of the tool with respect to the work piece. However, a computer monitores constantly the tool position, not permitting the entrance of it inside the area, here called \"prohibited region\", corresponding to the profile of the part to be machined. Outside that region, the computer enables operator to move the tool as he wants. The prohibited region is defined directly from a CAD draft, eliminating the necessity of any kind of computer tools for generating automatically the tool path. Thus, the operator executes the rough machining. The finishing path is executed automatically by the computer that makes the tool contour the profile of the part, according to the start-up command given by the operator. In the work, one possible arrangement of machine to achieve this strategy is presented. It consists of servo controlled XY table and adjusted to a bench drill in which, the operator commands the table motion by means a joy-stick. By machining tests, this work shows the efficiency of the proposed strategy.

[pt] Esta dissertação apresenta uma comparação entre técnicas de discretização de controladores, considerando diferentes estruturas de controle. Os tipos de sistemas estudados neste trabalho de pesquisa serão sistemas lineares, invariantes no tempo, determinísticos, causais e monovariáveis. O desempenho das técnicas de discretização serão comparados via figuras de mérito tradicionais, considerando os métodos de discretização, as estruturas dos controladores e os tipos de planta habituais (incluindo problemas benchmarch), sob especificações dadas quanto aos regimes permanente e transiente. / [en] This essay proposes a comparison between techniques of controllers´ discretization considering different controlling structures. The types of systems studied in this research will be linear systems, time-invariant, deterministic, casual and single-variable. The performance of discretization techniques will be compared through figures of traditional aptitude, considering the discretization methods, the controller structures and the kinds of plants (including - benchmarch - problems), under given specifications according to permanent and transitory systems. / [es] Esta disertación presenta una comparación entre técnicas de discretización de controladores, considerando diferentes extructuras de control. Los tipos de sistemas estudiados en este trabajo de investigación son sistemas lineales, invariantes en el tiempo, determinísticos, causales y univariados. Se compara el desempeño de las técnicas de discretización utilizando figuras de mérito tradicionales, considerando los métodos de discretización, las extructuras de los controladores y los tipos de planta habituales (incluyendo problemas - benchmarch - ), bajo especificaciones dadasen relación a los régimenes permanente y transiente.