Este trabalho dedicou-se ao estudo da síntese automática de processadores nebulosos dedicados. Inicialmente foi desenvolvido um conjunto de relações para a síntese de retas no domínio digital. O objetivo destas relações foi estabelecer quais as operações envolvidos na síntese de uma reta, para funções com um número genérico de bits. Com base nestas relações, foi proposto um gerador de funções de pertinência. Dois exemplos de geradores de função de pertinência foram desenvolvidos para ilustrar o emprego da arquitetura. Estas unidades foram codificadas em VHDL para simulação da estrutura e validação da proposta. Finalmente, a arquitetura é a flexibilidade quanto às dimensões do processador: as portas de comunicação e as funções de pertinência podem ter o seu tamanho definido no momento da síntese. Para ilustrar a possibilidade de implementação da proposta, uma aplicação específica de controlador foi codificada em VHDL. Esta descrição foi simulada e sintetizada em diferentes condições de implementação por ferramentas comerciais.

Esta dissertação objetiva estudar a estabilidade de sistemas com controladores nebulosos. A característica de saída desta classe de controladores é não linear, sendo, portanto, necessário lançar mão de métodos para análise de estabilidade para sistemas não lineares.O critério de Popov é um método de análise de estabilidade para sistemas não lineares, de aplicação prática mais simples, por utilizar análise gráfica (interpretação geométrica), sendo o método utilizado neste trabalho.Neste trabalho, há o interesse de se aplicar esse critério a sistemas que utilizam controladores nebulosos com implicação Mamdani, por ser esta, a implicação mais importante conhecida na literatura.Para controladores nebulosos com uma entrada e uma saída, apresenta-se um método de análise para a obtenção do valor da inclinação máxima da característica não linear de saída, sem a necessidade, porém, de se gerar essa característica por completo.Para sistemas que possuem um controlador nebuloso com duas variáveis de entrada e uma variável de saída, resultando numa superfície, como característica não linear de saída. Utilizando manipulações matemáticas e gráficas, nas equações de estado do sistema a controlar, e na característica não linear de saída do CN, pode-se aplicar o critério de Popov a sistemas com esta configuração.

O serviço de controle de tráfego aéreo é complexo e exige do controlador de tráfego aéreo - ATCO (Air Traffic Control Officer) competências específicas para o desempenho da sua atividade. O treinamento simulado é uma das etapas fundamentais para a sua qualificação. Assim como as empresas privadas estão buscando desenvolver novas técnicas e modelos de gestão visando a obter resultados eficazes com qualidade e desempenho, também no Instituto de Controle do Espaço Aéreo - ICEA, um Órgão público do Comando da Aeronáutica, essa necessidade ganha relevância, especialmente no cenário de Controle do Tráfego Aéreo - ATC (Air Traffic Control) Brasileiro. Com a realização de grandes eventos no Brasil faz-se necessário implementar ações para garantir a prestação do serviço ATC em condições de aumento significativo de demanda de tráfego aéreo e cenários operacionais que apresentam maior complexidade, diferentes do cenário habitual. Este trabalho propõe-se a estudar o desenvolvimento, a implementação e a aplicação de um modelo de treinamento simulado para controladores de tráfego aéreo, baseado em capacitação por competência, e sua contribuição para a garantia da segurança operacional do serviço ATC em cenários atípicos, cuja complexidade de atuação e a necessidade de coordenações mais frequentes e dinâmicas com outros órgãos operacionais, exigem novos desempenhos e o desenvolvimento de competências específicas para essa atuação. A abordagem metodológica apresenta as características do desenvolvimento de treinamento simulado para ATCO nesses cenários complexos. Como estudo de caso, analisa a aplicação desse modelo no treinamento específico para 1575 ATCO com vistas à qualificação desses profissionais para a atuação durante os grandes eventos realizados no Brasil como a Copa do Mundo de 2014, da FIFA, passando pela Copa das Confederações e a Jornada Mundial da Juventude. O modelo de treinamento proposto foi baseado nos conceitos de capacitação por competência recomendado pela Organização de Aviação Civil Internacional (ICAO) para o desenvolvimento de cursos, denominado metodologia Trainair Plus. Para respaldar a aplicação destes conceitos, no treinamento, foi realizada uma análise detalhada desta metodologia. Foi acompanhada a aplicação do treinamento, sendo ao final, obtidos alguns resultados do desempenho operacional avaliados durante o treinamento simulado. Esses resultados foram comparados com uma amostra de dados do desempenho operacional dos ATCO avaliados na operação real. A avaliação de desempenho real foi obtida durante o evento Copa das Confederações, no Brasil. Foram coletados dados em todos os órgãos operacionais das cidades sedes envolvidas com esse grande evento. O estudo conclui pela aplicabilidade da metodologia de capacitação por competência OACI ao modelo de treinamento simulado, ressaltando as adequações realizadas. Aponta os principais resultados observados durante a realização do evento Copa das Confederações e as percepções dos ATCO quanto à efetividade e ganhos no desempenho operacional real, sentidos a partir da utilização do presente modelo de treinamento. Apresenta, ainda, recomendações para o aprimoramento e evolução do treinamento simulado proposto e a sua adoção como modelo padronizado de treinamento para o SISCEAB. Recomenda, também, estudos para a inclusão deste modelo de treinamento simulado nos cursos de formação em Controle de Tráfego Aéreo. Sugere, ainda, a utilização desse modelo de treinamento para outras áreas do serviço de Navegação Aérea de interesse do Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SISCEAB).

As condições ambientais da cabine de uma aeronave em cruzeiro diferem das de um ambiente predial: valores de temperatura radiante, umidade relativa e densidade do ar são inferiores, o que implica em preferência por valores diferentes de temperatura no interior da aeronave por parte dos passageiros. Como a utilização de indicadores conforto térmico como parâmetro de controle em diversos sistemas ambientais vem sendo amplamente estudada e tem se mostrado mais eficiente em relação aos tradicionais controles realimentados pela temperatura do ambiente, no presente estudo propõe-se a utilização do índice PMV (Predicted Mean Vote), originalmente desenvolvido para mensurar o conforto térmico em um ambiente predial, como parâmetro de controle através da atuação conjugada na temperatura e na velocidade do ar da cabine de uma aeronave de transporte regional. Para tal, um modelo térmico da aeronave foi desenvolvido e estratégias de projeto com escalonamento de ganhos foram aplicadas para compensar não linearidades do modelo do índice PMV, possibilitando a utilização de controladores lineares. Outros três controladores tradicionais foram projetados, permitindo a comparação de desempenho da estratégia proposta.

Este trabalho demonstra um método de controle tolerante a falhas. O desejo de criar um sistema de controle que faça com que a aeronave tenha respostas similares às entradas do piloto com ou sem uma falha no sistema de comando de vôo requer um conhecimento das possíveis falhas e como tratá-las. O método proposto integra a aeronave, a lei de controle não linear utilizando a técnica backstepping e a alocação de controle. A técnica de alocação de controle faz com que a lei de controle possa ser projetada independentemente do método de detecção da falha e do projeto do controlador.

No âmbito da aviação comercial mundial, os fatores humanos têm figurado como os principais contribuintes de acidentes aeronáuticos desde a década de 1960. Os comportamentos dos operadores da ponta da linha (front line operators) podem ser classificados a partir do desempenho humano de acordo com três componentes: o erro humano, as violações e os comportamentos inaceitáveis tomados a partir de riscos intoleráveis. Num ambiente em que se preconiza uma cultura de segurança (safety culture), o sistema de reporte deve conjugar dois pressupostos. Primeiro: erros e violações aceitáveis devem ser classificados como atos inseguros não culpáveis (blame free); e, segundo: violações inaceitáveis devem ser repudiadas em virtude da possibilidade de resultados adversos que podem causar, independentemente dos danos. O objetivo do presente trabalho é analisar os algoritmos de culpabilidade existentes, a fim de possibilitar a avaliação de erros e violações, com vistas à sua aplicação na aviação. Neste trabalho é feita uma abordagem metodológica qualitativa por meio de revisão bibliográfica e análise na literatura de quatro algoritmos: o primeiro, desenvolvido por James Reason; outros dois pertencentes a órgãos do Departamento de Energia dos EUA, o Institute of Nuclear Power Operations - INPO e o Los Alamos National Laboratory - LANL, e ainda do EUROCONTROL. Ao longo do trabalho monográfico, apresenta-se um estudo de caso, a título ilustrativo, da utilização do algoritmo de James Reason, a partir da aplicação em um acidente aeronáutico, tendo por base o relatório final publicado. Tendo em vista que no Brasil, especificamente na área de regulação de aviação da autoridade aeronáutica, não existe fomento ao reporte de desvios, nem ferramentas que viabilizem a avaliação e classificação dos atos inseguros, o emprego de algoritmos de culpabilidade pode incrementar a maturidade da cultura de segurança no âmbito do regulador e do operador. As recomendações oferecidas, com base na experiência internacional dos órgãos acima citados, versam sobre a necessidade de maiores estudos sobre essa carência regulatória, com um futuro desenvolvimento de regulamentação que espelhe preceitos de uma cultura justa na aviação.

Uma das fases de vôo mais críticas para aeronaves comerciais é a decolagem devido à carga de trabalho do piloto. Esse problema vem sendo contornado com a utilização da tecnologia fly-by-wire nos sistemas de comandos de vôo e piloto automático, pois possibilitam o aumento da eficiência das aeronaves, melhoram a qualidade de vôo e diminuem a carga de trabalho do piloto. Este trabalho descreve o desenvolvimento de leis de controle para as fases de arredondamento e subida de um sistema de piloto automático de decolagem. As metodologias utilizadas nos projetos das leis de controle são o regulador linear quadrático (LQR) e a integral do tempo multiplicado pelo valor absoluto do erro (ITAE), ambas baseadas na otimização de uma função de custo. Os resultados são analisados no domínio do tempo e da freqüência. No domínio do tempo são utilizadas simulações lineares e não lineares para avaliar o sobre-sinal, o tempo de subida e assentamento. No domínio da freqüência a carta de Nichols é utilizada para avaliar as margens de fase e ganho e o diagrama valor singular é utilizado para avaliar a resposta em freqüência do sistema multivariável. Os projetos também são submetidos a análises de qualidade de vôo utilizando o parâmetro de antecipação de controle, a freqüência natural e a taxa de amortecimento dos pólos de período curto e phugoidal.

A realização deste trabalho é motivada pelas vantagens da prática de simulação computacional na indústria aeronáutica, como redução de custos e de tempo de desenvolvimento e melhoria da qualidade do produto. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um software de interface entre o programa de simulação de voo de baixo custo X-Plane e o pacote computacional MATLAB/Simulink. O principal objetivo dessa interface é viabilizar a utilização simultânea do X-Plane e do MATLAB para simular a dinâmica de voo de uma aeronave e seu controle, provendo uma plataforma de simulação que permita ao engenheiro aeronáutico avaliar técnicas de identificação de sistemas para obtenção de modelos dinâmicos para aeronaves e também auxilie o engenheiro na avaliação de alternativas de projeto de sistemas de controle de voo. Para validar a ferramenta foi utilizado um modelo da aeronave Airbus A310 disponível para o X-Plane, operando em uma condição de voo específica. Por meio da interface desenvolvida, dados gerados por esse modelo foram transferidos para o MATLAB, onde, por meio de técnicas de regressão linear, foram obtidos valores estimados para as derivadas de controle e estabilidade relacionadas aos movimentos longitudinal e látero-direcional da aeronave. Os parâmetros obtidos foram usados para construir um modelo da aeronave no MATLAB/Simulink. Esse modelo foi utilizado em alguns projetos de sistemas de controle de voo para a aeronave. Por fim, os controladores projetados, rodando no MATLAB/Simulink, foram usados para controlar o modelo do Airbus A310 no X-Plane por meio da interface desenvolvida.

Este trabalho apresenta os resultados obtidos para a implementação de um rastreador linear quadrático com restrições aplicado a um sistema de dinâmica rápida amplamente utilizado na literatura por meio de simulações e é consolidado experimentalmente por meio de ensaios em bancada. Este controlador foi recentemente proposto e tem como principais vantagens o baixo custo computacional, permitindo levar em conta restrições de entrada e estado da planta. O sistema consiste de dois carros conectados entre si por meio de uma mola, com apenas um atuador. O objetivo do controlador é conduzir o sistema até um valor de referência desejado e pré-estabelecido, respeitando restrições impostas nas variáveis de estado e controle. Uma restrição adicional foi estabelecida sobre a compressão da mola. De modo a respeitar o cumprimento das restrições e garantir estabilidade nominal ao sistema, impôs-se que os vetores com variáveis de estado, controle e perturbação devam permanecer dentro de um conjunto invariante onde as restrições de operação sejam satisfeitas. Dada a necessidade da medida dos valores dos estados e da perturbação, foi implementado um observador. Resultados obtidos por meio de simulação e ensaio em bancada comprovaram o funcionamento do controlador proposto, permitindo que o sistema tivesse o comportamento desejado mesmo na presença de perturbações gravitacionais inseridas que poderiam provocar um possível descasamento do modelo. Foi verificado o cumprimento das restrições impostas e um erro em regime permanente nulo, mesmo na presença de atrito seco não considerado.

Esta tese propõe um novo paradigma para a construção de estruturas tridimensionais onde robôs aéreos do tipo quadrirrotores são usados para capturar, transportar e montar diferentes elementos estruturais em um ambiente dinâmico e não estruturado. Tarefas complexas de construção que utilizam robôs móveis são caracterizadas por três problemas fundamentais: 1) O planejamento da construção das estruturas; 2) A geração das trajetórias dos robôs; e 3) O controle de rastreamento das trajetórias durante a execução. Uma arquitetura de planejamento é proposta para resolver simultaneamente os dois primeiros problemas. Essa arquitetura: 1) Gera de forma iterativa planos exequíveis de montagem das estruturas e de movimentação dos robôs usando a técnica de aprendizado por reforço Learning Automata e o algoritmo de busca heurística A*; 2) Considera as limitações de potência dos quadrirrotores disponíveis, as restrições de construção das estruturas e a natureza dinâmica do ambiente; e 3) Utiliza um método de resolução de conflitos para planejar as velocidades de translação e selecionar os pontos de parada de cada quadrirrotor. Para solucionar o terceiro problema, a técnica de aprendizado por reforço Learning Automata é usada com a finalidade de projetar e otimizar os controladores de atitude e de rastreamento de trajetórias dos quadrirrotores. Em razão da dinâmica não linear dos robôs aéreos, das perturbações externas (p. ex., o vento e o efeito do solo), e da variação de carga durante o processo de construção, a solução desse problema não é trivial. Testes simulados e experimentais do sistema autônomo de construção de diferentes estruturas tridimensionais (cubo, torre, pirâmide e parede), com até quatro quadrirrotores, são apresentados para demonstrar a generalidade da solução proposta.