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.

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.

A 5-bit MMIC serial to parallel converter has been designed in Gallium Arsenide. It is intended to be used together with a 5-bit True Time Delay (TTD) circuit, but it can easily be expanded into an arbitrary number of bits. The circuit has been designed with a logic style called DCFL and a 0.20 mm process (ED02AH) from OMMIC has been used to fabricate the circuit. The chip size of this 5-bit MMIC serial to parallel converter is 2.0x0.8 mm (including pads) and close to two hundred transistors are used. Due to the complexity of the transistor models the complete serial to parallel converter has not been fully simulated. However, the smaller building blocks like inverter, latch, etc. have been simulated successfully. These blocks were assembled into the complete circuit.

<p>A 5-bit MMIC serial to parallel converter has been designed in Gallium Arsenide. It is intended to be used together with a 5-bit True Time Delay (TTD) circuit, but it can easily be expanded into an arbitrary number of bits. The circuit has been designed with a logic style called DCFL and a 0.20 mm process (ED02AH) from OMMIC has been used to fabricate the circuit. The chip size of this 5-bit MMIC serial to parallel converter is 2.0x0.8 mm (including pads) and close to two hundred transistors are used. Due to the complexity of the transistor models the complete serial to parallel converter has not been fully simulated. However, the smaller building blocks like inverter, latch, etc. have been simulated successfully. These blocks were assembled into the complete circuit.</p>

Este trabalho avalia o desempenho de um controlador fuzzy (tipo Takagi-Sugeno-Kang) quando, utilizando tecnologia sem fio para conectar as entradas e a saída do controlador aos sensores/atuadores, sofre perda das informações destes canais, resultado de perdas de pacotes. Tipicamente são utilizados controladores PID nas malhas de controle. Assim, o estudo realizado compara os resultados obtidos com os controladores fuzzy com os resultados dos controladores PID. Além disso, o trabalho visa estudar o comportamento deste controlador implementado em uma arquitetura microprocessada utilizando números inteiros nos cálculos, interpolação com segmentos de reta para as funções de pertinência da entrada e singletons nas funções de pertinência da saída. Para esse estudo foi utilizado, num ambiente Matlab/Simulink, um controlador fuzzy e o aplicativo True Time para simular o ambiente sem fio. Desenvolvido pelo Departamento de Controle Automático da Universidade de Lund, o True Time é baseado no Matlab/Simulink e fornece todas as ferramentas necessárias para a criação de um ambiente de rede (com e sem fio) virtual. Dado o paradigma de que quanto maior for a utilização do canal, maior a degradação do mesmo, é avaliado o comportamento do sistema de controle e uma proposta para diminuir o impacto da perda de pacotes no controle do sistema, bem como o impacto da variação das características internas da planta e da arquitetura utilizada na rede. Inicialmente são realizados ensaios utilizando-se o controlador fuzzy virtual (Simulink) e, posteriormente, o controlador implementado com dsPIC. Ao final, é apresentado um resumo desses ensaios e a comprovação dos bons resultados obtidos com um controlador fuzzy numa malha de controle utilizando uma rede na entrada e na saída do controlador. / This work evaluates the performance of a fuzzy controller (Takagi-Sugeno-Kang) that uses wireless technology to connect the inputs and the output of the controller to sensors / actuators, and with the loss of information from these channels, the result of packet loss. PID controllers are typically used in control loops. Thus, the study compares the results obtained with the fuzzy controllers with the results of PID controllers. Moreover, the work aims to study the behavior of this controller implemented in a microprocessor architecture using integer calculations, interpolation with straight line segments for the membership functions of input and singletons in the output membership functions. For this study it was used in a Matlab/Simulink, a fuzzy controller and the application True Time to simulate wireless environment (Developed by the Department of Automatic Control at Lund University). It is based on MATLAB/Simulink and provides all the tools necessary to create a virtual network environment (wired and wireless). When we increase the occupation of the channel we increase the degradation of it. Under this conditions, is rated the behavior of the control system and is evaluated, and actions were proposal to reduce the impact of packet loss in the control system, as well as the impact of variations in the internal characteristics of plant and architecture used in the network. Initially, tests are conducted using the virtual fuzzy controller (Simulink ) and thereafter, the controller implemented with dsPIC. Finally, a summary of testing and verification of results are presented.

Este trabalho avalia o desempenho de um controlador fuzzy (tipo Takagi-Sugeno-Kang) quando, utilizando tecnologia sem fio para conectar as entradas e a saída do controlador aos sensores/atuadores, sofre perda das informações destes canais, resultado de perdas de pacotes. Tipicamente são utilizados controladores PID nas malhas de controle. Assim, o estudo realizado compara os resultados obtidos com os controladores fuzzy com os resultados dos controladores PID. Além disso, o trabalho visa estudar o comportamento deste controlador implementado em uma arquitetura microprocessada utilizando números inteiros nos cálculos, interpolação com segmentos de reta para as funções de pertinência da entrada e singletons nas funções de pertinência da saída. Para esse estudo foi utilizado, num ambiente Matlab/Simulink, um controlador fuzzy e o aplicativo True Time para simular o ambiente sem fio. Desenvolvido pelo Departamento de Controle Automático da Universidade de Lund, o True Time é baseado no Matlab/Simulink e fornece todas as ferramentas necessárias para a criação de um ambiente de rede (com e sem fio) virtual. Dado o paradigma de que quanto maior for a utilização do canal, maior a degradação do mesmo, é avaliado o comportamento do sistema de controle e uma proposta para diminuir o impacto da perda de pacotes no controle do sistema, bem como o impacto da variação das características internas da planta e da arquitetura utilizada na rede. Inicialmente são realizados ensaios utilizando-se o controlador fuzzy virtual (Simulink) e, posteriormente, o controlador implementado com dsPIC. Ao final, é apresentado um resumo desses ensaios e a comprovação dos bons resultados obtidos com um controlador fuzzy numa malha de controle utilizando uma rede na entrada e na saída do controlador. / This work evaluates the performance of a fuzzy controller (Takagi-Sugeno-Kang) that uses wireless technology to connect the inputs and the output of the controller to sensors / actuators, and with the loss of information from these channels, the result of packet loss. PID controllers are typically used in control loops. Thus, the study compares the results obtained with the fuzzy controllers with the results of PID controllers. Moreover, the work aims to study the behavior of this controller implemented in a microprocessor architecture using integer calculations, interpolation with straight line segments for the membership functions of input and singletons in the output membership functions. For this study it was used in a Matlab/Simulink, a fuzzy controller and the application True Time to simulate wireless environment (Developed by the Department of Automatic Control at Lund University). It is based on MATLAB/Simulink and provides all the tools necessary to create a virtual network environment (wired and wireless). When we increase the occupation of the channel we increase the degradation of it. Under this conditions, is rated the behavior of the control system and is evaluated, and actions were proposal to reduce the impact of packet loss in the control system, as well as the impact of variations in the internal characteristics of plant and architecture used in the network. Initially, tests are conducted using the virtual fuzzy controller (Simulink ) and thereafter, the controller implemented with dsPIC. Finally, a summary of testing and verification of results are presented.

The continual increase of wireless technologies in the world has motivated the use of phased arrays to mitigate radio frequency interference (RFI). There are many methods of performing beamforming for RFI rejection, but they are traditionally physically large and complicated solutions. Phased arrays need to be shrunk and made cheaper for them to see widespread use. This work presents several compact phased array receivers for different applications. The first part of this thesis presents a software GPS processor for a digital beamforming GPS receiver. The receiver is small enough to be flown on drones and enables GPS signals to be processed and a user’s position to be determined. Using digital beamforming, it can operate even under poor conditions such as intentional jamming, RFI, and large multipath effects. Next, this work builds a frontend RF chain for a true time delay phased array receiver. The receiver uses analog true delay delay chips to mitigate radio frequency interference in sensitive instruments. True time delay allows for analog beamforming over a wide bandwidth, but compact true time delay solutions are new and untested. The receiver allows these solutions to be properly vetted in a full system. The chain uses novel compact wideband antennas for L-band frequencies and traditional low cost amplifiers and filters. The last section of this thesis updates the open-source CASPER project to fully support RF system-on-chips. CASPER is an open-source framework for radio astronomy instruments. It speeds up the design and implementation of radio astronomy instruments on compact platforms and makes them easier to interact with. This work expands the framework to use the transmit abilities of advanced RF system-on-chip platforms. With this expansion, full duplex systems such as communications and radar can now also use CASPER. A full loopback beamforming test built on CASPER demonstrates both transmit and receive beamforming.

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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.