O rápido avanço tecnológico nestes últimos anos, principalmente dos recursos computacionais e de comunicação, permite que os sistemas produtivos (SP) evoluam tanto no seu aspecto estrutural quanto no comportamental para que atendam às necessidades crescentes do mercado. Os elementos integrantes dos SP vêm incorporando estes avanços, atingindo maior autonomia e flexibilidade p ara cumprir suas funcionalidades. Além disso, a tendência dos dispositivos de controle de incorporar a capacidade de atuação em ambientes distribuídos onde a interação ocorre através de redes de comunicação, verificada na evolução das normas aplicadas a sistemas de controle, reflete a necessidade de aderência dos sistemas de controle a essa realidade. A necessidade de se manter competitivo no mercado impõe aos atuais SP situações em que emergem novos desafios para realização do controle dos seus processos globais, uma vez que estes assumem múltiplos objetivos, envolvendo diferentes naturezas de indeterminismo, assincronismo e variância no tempo, provocando um nível de complexidade inédito no que se refere ao controle destes sistemas. Este trabalho propõe inicialmente uma nova abstração para modelar-se os SP baseada no conceito de decomposição multidimensional e em múltiplas faces, distribuindo o controle através dos componentes colaborativos. Feito isto, são propostos procedimentos e técnicas para modelagem de sistemas de controle distribuídos e colaborativos (SCDC) de SP. Considera-se para isso, primeiro, uma arquitetura lógica de controle que contemple os múltiplos domínios semânticos presentes em SP, que são provenientes das especificidades dos elementos integrantes. Segundo, a multiplicidade de habilidades necessárias para garantir a execução das estratégias de controle pertinentes a cada domínio. Terceiro, o fluxo de informações heterogêneas provenientes das interações colaborativas entre os domínios. / Recent technological advances, mainly of computer and communication systems, allow the production systems (SP) to evolve in structural aspect as well as in behavioral aspect. The SP resources have achieved enhanced autonomy and flexibility with embedded computer and communication capability. Latest trends of control devices, as seen in the evolution of standards related to control systems, focus on the use of these devices in a distributed environment, where interaction occur through a communication network Thus, the SP control system and its design methods have to fit to this reality. In a competitive scenario, the SP are challenged to keep control of the global processes, considering the multiple goals of these processes and the involvement of different aspect of indeterminism, lack of synchronisms and time variance, generating a inedited complexity level for control of this systems. This work proposes a new abstraction for modeling the control systems of SP, based on the concept of multidimensional decompositions. Based on this, it introduces the procedures and techniques for modeling the distributed and collaborative control systems (SCDC) of the production systems. First, it considers the logic architecture of the control that support many semantic domains presented in this type of SP. Then, the diversity of skills related to each domain necessary to accomplish the control strategies. And then, the heterogeneous information flow through the domains boundaries, derived from the collaborative interaction between the control components.

Sistemas de controle distribuídos cujas malhas são fechadas através de uma rede de comunicação são chamados de sistemas de controle distribuídos em redes de comunicação (NCS - Networked Control System). Este tipo de arquitetura permite a divisão do sistema de controle em módulos interconectados através da rede de comunicação, proporcionando a divisão do processamento, a redução de custo e de peso, além de facilitar o diagnóstico e manutenção do sistema e de aumentar a sua exibilidade e agilidade; e por isso seu emprego na indústria está se tornando comum (e.g., y-by-wire e drive-by-wire). Porém, a distribuição do processamento e a inserção de uma rede de comunicação aumenta a complexidade da análise e do projeto deste tipo de sistema. Um dos fatores que contribui para esse aumento da complexidade é a presença de atrasos aleatórios nos sinais de controle, causados pela dinâmica do sistema computacional (conjunto de hardware e software) que serve como plataforma para implementação do sistema de controle digital. Este trabalho faz um estudo sobre este tipo de sistema sob a perspectiva destes sinais com atrasos. Para isso, faz-se uso dos toolboxes para MATLAB: TrueTime e Jitterbug. Através destas ferramentas, mostra-se a existência de uma relação de compromisso entre o desempenho do controle e o desempenho do sistema computacional. Através deste estudo, é proposto uma solução de um sistema de controle do tipo NCS para um ROV (do inglês Remotely Operated Vehicle), modelado através de 6 equações diferenciais desacopladas não-lineares. Este tipo de veículo tem uma relevância econômica significativa para o Brasil, visto que é utilizado em operações de manutenção e instalação de plataformas de extração do petróleo que está depositado em profundidades que variam de mil a 2 mil metros. Para este NCS proposto, são utilizados controladores do tipo PI com estrutura feedback-feedfoward cujos parâmetros de projeto são obtidos em função dos atrasos inseridos pelo sistema computacional. / Distributed control systems wherein the control loops are closed through a communication network are called Networked Control Systems (NCSs). This type of architecture allows the control systems division into modules interconnected through the communication network, providing the processing division, reduction of cost and weight, and facilitates the systems diagnosis and maintenance, and increases their exibility and agility. Therefore its use in industry is becoming common (eg, y-by-wire and drive-by-wire). However, the processing distribution and the communication network insertion increase the system analysis and design complexity. One of the factors that contributes to this increased complexity is the presence of random time delays, caused by the dynamics of the computer system (set of hardware and software) used as a platform for digital control system implementation. This work deals with the networked control systems under these random time delays view. For this, it is used two MATLAB toolboxes: Jitterbug and TrueTime. With these tools, it is shown the existence of a relationship between the performance of control and performance of computer system. With this study, it proposed a solution of a NCS for a ROV (Vehicle Operated Remotely), modeled by 6 differential nonlinear decoupled equations. This type of vehicle has a significant economic relevance for Brazil, as it is used in maintenance and installation of platforms for oil extraction deposited at depths ranging from thousand to 2 thousand meters. For this proposed NCS are adopted PI controllers with feedfoward-feedback structure whose parameters design are given in terms of delay inserted by the computer system.

Neste trabalho, estuda-se o sistema de controle distribuído de um veículo submarino não tripulado, assumindo-se um sistema com recursos computacionais limitados. A princípio, são discutidos as fontes e os efeitos dos atrasos de tempo introduzidos pela escassez de recursos. Após o detalhamento da modelagem do veículo LAURS, compara-se o desempenho de alguns compensadores de atraso encontrados na literatura. Para isso, um simulador do sistema de controle do veículo LAURS é desenvolvido com o auxílio de uma ferramenta para Matlab que permite simular os aspectos temporais de um sistema limitado. A partir dos resultados das simulações, incluindo-se o estudo de um cenário, conclue-se que embora os compensadores de atraso melhorem o desempenho do sistema de controle, o custo reduzido de um sistema computacional limitado não justifica a incerteza de desempenho que uma aplicação crítica, como é o caso do veículo submarino não tripulado, apresentará. O resultado das simulações é validado estatisticamente. / This work studies the networked control system of the unmanned underwater vehicle LAURS considering a resource-constrained computer system. At first, delays sources and effects are discussed. The LAURS model is obtained and used for comparison of delay compensation strategies found in the literature. A simulator for the LAURS control system is developed with the aid of a Matlab Toolbox that emulates timing aspects of the limited operating system and network. Considering the simulation results, including a case scenario, it is argued that despite improving performance, the control system with delay compensation strategies remains unpredictable and prone to fail. Therefore, it is not recommended for critical systems such as the unmanned vehicle LAURS, even with the reduced costs of a resource-constrained computer system. The simulation results are statistically validated.

Frente a abrangente presença da internet no ambiente acadêmico e residencial, a literatura relata, na última década, um número crescente de experiências de ensino a distância na área de automação e controle industrial, nas quais desde procedimentos teóricos até aulas práticas podem ser realizados através de acesso remoto. Neste contexto, este trabalho apresenta o estado da arte sobre as experiências acadêmicas no emprego de laboratórios on-line relacionados à teoria de controle e introduz uma nova proposta de arquitetura de acesso remoto, que será aplicada ao ensino de sistemas de controle distribuídos via rede de campo no protocolo FOUNDATION Fieldbus em ambiente simulado. / Due to the increasing presence of the internet in the academic and residential environment, the literature shows an increasing number of experiences of distance learning in the automation and industrial control area in the last decade, in which theoretical procedures as well as practical lessons can be carried out through remote access. In this context, this dissertation presents a brief survey on the academic experiences in the application of on-line laboratories and introduces a new proposal of remote access architecture that will be applied on a distance learning experience in the networked control systems area based on the FOUNDATION Fieldbus protocol using a simulated environment.

O rápido avanço tecnológico nestes últimos anos, principalmente dos recursos computacionais e de comunicação, permite que os sistemas produtivos (SP) evoluam tanto no seu aspecto estrutural quanto no comportamental para que atendam às necessidades crescentes do mercado. Os elementos integrantes dos SP vêm incorporando estes avanços, atingindo maior autonomia e flexibilidade p ara cumprir suas funcionalidades. Além disso, a tendência dos dispositivos de controle de incorporar a capacidade de atuação em ambientes distribuídos onde a interação ocorre através de redes de comunicação, verificada na evolução das normas aplicadas a sistemas de controle, reflete a necessidade de aderência dos sistemas de controle a essa realidade. A necessidade de se manter competitivo no mercado impõe aos atuais SP situações em que emergem novos desafios para realização do controle dos seus processos globais, uma vez que estes assumem múltiplos objetivos, envolvendo diferentes naturezas de indeterminismo, assincronismo e variância no tempo, provocando um nível de complexidade inédito no que se refere ao controle destes sistemas. Este trabalho propõe inicialmente uma nova abstração para modelar-se os SP baseada no conceito de decomposição multidimensional e em múltiplas faces, distribuindo o controle através dos componentes colaborativos. Feito isto, são propostos procedimentos e técnicas para modelagem de sistemas de controle distribuídos e colaborativos (SCDC) de SP. Considera-se para isso, primeiro, uma arquitetura lógica de controle que contemple os múltiplos domínios semânticos presentes em SP, que são provenientes das especificidades dos elementos integrantes. Segundo, a multiplicidade de habilidades necessárias para garantir a execução das estratégias de controle pertinentes a cada domínio. Terceiro, o fluxo de informações heterogêneas provenientes das interações colaborativas entre os domínios. / Recent technological advances, mainly of computer and communication systems, allow the production systems (SP) to evolve in structural aspect as well as in behavioral aspect. The SP resources have achieved enhanced autonomy and flexibility with embedded computer and communication capability. Latest trends of control devices, as seen in the evolution of standards related to control systems, focus on the use of these devices in a distributed environment, where interaction occur through a communication network Thus, the SP control system and its design methods have to fit to this reality. In a competitive scenario, the SP are challenged to keep control of the global processes, considering the multiple goals of these processes and the involvement of different aspect of indeterminism, lack of synchronisms and time variance, generating a inedited complexity level for control of this systems. This work proposes a new abstraction for modeling the control systems of SP, based on the concept of multidimensional decompositions. Based on this, it introduces the procedures and techniques for modeling the distributed and collaborative control systems (SCDC) of the production systems. First, it considers the logic architecture of the control that support many semantic domains presented in this type of SP. Then, the diversity of skills related to each domain necessary to accomplish the control strategies. And then, the heterogeneous information flow through the domains boundaries, derived from the collaborative interaction between the control components.

Frente a abrangente presença da internet no ambiente acadêmico e residencial, a literatura relata, na última década, um número crescente de experiências de ensino a distância na área de automação e controle industrial, nas quais desde procedimentos teóricos até aulas práticas podem ser realizados através de acesso remoto. Neste contexto, este trabalho apresenta o estado da arte sobre as experiências acadêmicas no emprego de laboratórios on-line relacionados à teoria de controle e introduz uma nova proposta de arquitetura de acesso remoto, que será aplicada ao ensino de sistemas de controle distribuídos via rede de campo no protocolo FOUNDATION Fieldbus em ambiente simulado. / Due to the increasing presence of the internet in the academic and residential environment, the literature shows an increasing number of experiences of distance learning in the automation and industrial control area in the last decade, in which theoretical procedures as well as practical lessons can be carried out through remote access. In this context, this dissertation presents a brief survey on the academic experiences in the application of on-line laboratories and introduces a new proposal of remote access architecture that will be applied on a distance learning experience in the networked control systems area based on the FOUNDATION Fieldbus protocol using a simulated environment.

Sistemas de controle distribuídos cujas malhas são fechadas através de uma rede de comunicação são chamados de sistemas de controle distribuídos em redes de comunicação (NCS - Networked Control System). Este tipo de arquitetura permite a divisão do sistema de controle em módulos interconectados através da rede de comunicação, proporcionando a divisão do processamento, a redução de custo e de peso, além de facilitar o diagnóstico e manutenção do sistema e de aumentar a sua exibilidade e agilidade; e por isso seu emprego na indústria está se tornando comum (e.g., y-by-wire e drive-by-wire). Porém, a distribuição do processamento e a inserção de uma rede de comunicação aumenta a complexidade da análise e do projeto deste tipo de sistema. Um dos fatores que contribui para esse aumento da complexidade é a presença de atrasos aleatórios nos sinais de controle, causados pela dinâmica do sistema computacional (conjunto de hardware e software) que serve como plataforma para implementação do sistema de controle digital. Este trabalho faz um estudo sobre este tipo de sistema sob a perspectiva destes sinais com atrasos. Para isso, faz-se uso dos toolboxes para MATLAB: TrueTime e Jitterbug. Através destas ferramentas, mostra-se a existência de uma relação de compromisso entre o desempenho do controle e o desempenho do sistema computacional. Através deste estudo, é proposto uma solução de um sistema de controle do tipo NCS para um ROV (do inglês Remotely Operated Vehicle), modelado através de 6 equações diferenciais desacopladas não-lineares. Este tipo de veículo tem uma relevância econômica significativa para o Brasil, visto que é utilizado em operações de manutenção e instalação de plataformas de extração do petróleo que está depositado em profundidades que variam de mil a 2 mil metros. Para este NCS proposto, são utilizados controladores do tipo PI com estrutura feedback-feedfoward cujos parâmetros de projeto são obtidos em função dos atrasos inseridos pelo sistema computacional. / Distributed control systems wherein the control loops are closed through a communication network are called Networked Control Systems (NCSs). This type of architecture allows the control systems division into modules interconnected through the communication network, providing the processing division, reduction of cost and weight, and facilitates the systems diagnosis and maintenance, and increases their exibility and agility. Therefore its use in industry is becoming common (eg, y-by-wire and drive-by-wire). However, the processing distribution and the communication network insertion increase the system analysis and design complexity. One of the factors that contributes to this increased complexity is the presence of random time delays, caused by the dynamics of the computer system (set of hardware and software) used as a platform for digital control system implementation. This work deals with the networked control systems under these random time delays view. For this, it is used two MATLAB toolboxes: Jitterbug and TrueTime. With these tools, it is shown the existence of a relationship between the performance of control and performance of computer system. With this study, it proposed a solution of a NCS for a ROV (Vehicle Operated Remotely), modeled by 6 differential nonlinear decoupled equations. This type of vehicle has a significant economic relevance for Brazil, as it is used in maintenance and installation of platforms for oil extraction deposited at depths ranging from thousand to 2 thousand meters. For this proposed NCS are adopted PI controllers with feedfoward-feedback structure whose parameters design are given in terms of delay inserted by the computer system.

Neste trabalho, estuda-se o sistema de controle distribuído de um veículo submarino não tripulado, assumindo-se um sistema com recursos computacionais limitados. A princípio, são discutidos as fontes e os efeitos dos atrasos de tempo introduzidos pela escassez de recursos. Após o detalhamento da modelagem do veículo LAURS, compara-se o desempenho de alguns compensadores de atraso encontrados na literatura. Para isso, um simulador do sistema de controle do veículo LAURS é desenvolvido com o auxílio de uma ferramenta para Matlab que permite simular os aspectos temporais de um sistema limitado. A partir dos resultados das simulações, incluindo-se o estudo de um cenário, conclue-se que embora os compensadores de atraso melhorem o desempenho do sistema de controle, o custo reduzido de um sistema computacional limitado não justifica a incerteza de desempenho que uma aplicação crítica, como é o caso do veículo submarino não tripulado, apresentará. O resultado das simulações é validado estatisticamente. / This work studies the networked control system of the unmanned underwater vehicle LAURS considering a resource-constrained computer system. At first, delays sources and effects are discussed. The LAURS model is obtained and used for comparison of delay compensation strategies found in the literature. A simulator for the LAURS control system is developed with the aid of a Matlab Toolbox that emulates timing aspects of the limited operating system and network. Considering the simulation results, including a case scenario, it is argued that despite improving performance, the control system with delay compensation strategies remains unpredictable and prone to fail. Therefore, it is not recommended for critical systems such as the unmanned vehicle LAURS, even with the reduced costs of a resource-constrained computer system. The simulation results are statistically validated.