Esta tese aborda a aplicação da técnica de Time Assíncrono de Agentes Autônomos (A-Team) para solucionar o problema de controle de tráfego urbano. Neste problema deseja-se minimizar, ao longo do dia, o número de veículos nas filas ajustando os tempos dos semáforos considerados interligados por meio de uma rede de comunicação de dados. A técnica A-Team utiliza-se de um grande número arbitrário de agentes autônomos de software que cooperam entre si melhorando os resultados uns dos outros. Estes resultados são compartilhados através da utilização de uma memória comum. Nesta tese a tradicional técnica de gerenciamento da memória do A-Team foi modificado para uma compatibilização com a necessidade de repetição de otimização ao longo do dia, uma vez que o tráfego está em constante variação. Mostra-se que a otimização do problema do controle de tráfego urbano é bastante sensível aos dados de entrada, como na maioria dos problemas de otimização. O otimozador A-Team utiliza como entrada a contagem veicular para cada faixa de rolamento das vias. Estas contagens veiculares são obtidas através de sensores localizados sob o pavimento das vias e conhecidos como sensores tipo laço indutivo. Esta tese também mostra como detetar, isolar e acomodar falhas destes sensores durante a otimização realizada pelo A-Team. Dados reais de tráfego e simulações de computador são utilizados para ilustrar as técnicas de otimização e de gerenciamento de falhas de sensores apresentados nesta tese.

A escalada do preço do barril de petróleo e as crescentes preocupações ambientais com relação ao efeito estufa e aquecimento global estão motivando cada vez mais as companhias aéreas e as fabricantes de aeronaves a buscar soluções mais eficientes do ponto de vista de consumo de combustível. À medida que a aeronave consome combustível e torna-se mais leve, as posiçõoes de equilíbrio de profundor e da manete de potência mudam. Procura-se então reduzir a posição da manete de forma a minimizar a rotação do motor e, desta forma, consumir menos combustível. Para manter altitude e velocidade constantes torna-se necessário mudar a posição do profundor de forma coordenada à mudança da manete. O mesmo procedimento deve ser realizado quando a aeronave é submetida a distúrbios atmosféricos e deve retornar à posição de equilíbrio na qual se encontrava inicialmente. O principal objetivo do trabalho é portanto efetuar um estudo sobre como utilizar os controles de voo primários do avião para otimizar o consumo de combustível de uma aeronave durante a fase de cruzeiro. Em especial compara-se o controlador utilizado tradicionalmente baseado em Seguradores de Altitude e Velocidade com aquele que utiliza o algoritmo TECS (Total Energy Control System), cujo uso já foi bastante explorado nas fases de descida e arredondamento em outros estudos acadêmicos. De forma a tornar este projeto mais próximo das aplicaçõoes presentes nas fabricantes de aeronaves, alguns requisitos tais como limites aceitáveis para variações de altitude e velocidade, limites físicos dos ganhos dos controladores, valores mínimos de margens de fase e de ganho das malhas de controle, foram estabelecidos. O modelo de aeronave utilizado foi linearizado de forma a permitir a determinação dos ganhos dos controladores, realizada através de algoritmos de otimizaçãao aplicados em modelos lineares. A seguir, um escalonamento de ganhos permite a aplicação dos controladores em uma vasta gama de pontos distintos do envelope de operação da aeronave. Por fim, uma simulação não-linear com o modelo completo da aeronave permite verificar a respostado sistema a perturbações como turbulência e realizar uma comparação entre os dois controladores adotados. Simulações em atmosfera tranquila mostraram que o comportamento da aeronave é muito parecido para ambos os controladores. Mesmo as simulações realizadas considerando distúrbios atmosféricos tais como tesoura de vento e turbulência não evidenciaram nenhuma grande vantagem de um controlador com relação ao outro do ponto de vista de consumo de combustível. Desta forma a substituição do controlador utilizado atualmente pelo TECS não é justificável.

Aeroportos no centro de cidades, em regiões montanhosas ou com obstáculos próximos à pista exigem ângulos de trajetória de aproximação mais íngremes que o usual. Os motivos para essa adequação são a necessidade de cumprimento das restrições quanto à emissão de ruídos ou até mesmo as limitações físicas impostas pelo relevo ou pelos obstáculos que rodeiam os aeroportos. A proposta deste trabalho é projetar um piloto automático de aproximação para uma aeronave executiva a jato em condição de steep approach (descida íngreme). Ao longo do texto, os fundamentos teóricos são apresentados e a estrutura do controlador é definida. Um modelo linearizado da aeronave em configuração de pouso é utilizado e o cálculo dos ganhos é realizado através da metodologia LQ (Linear Quadrática), ponderando-se os estados e o erro de estado estacionário. O desvio em relação ao estado estacionário é ponderado no tempo de forma a penalizar desvios grandes nos últimos instantes. Consideram-se ainda os valores de amortecimento dos pólos do sistema em malha fechada no cálculo do índice de desempenho. O sistema com o controlador projetado é avaliado em condições de distúrbios atmosféricos e quanto à qualidade de voo e estabilidade segundo critérios presentes na literatura. São incluídos os atrasos e saturações dos atuadores tanto no cálculo dos ganhos do sistema quanto nas simulações.

O reabastecimento em voo é uma tarefa que permite que uma aeronave aumente seu alcance sem a realização de um pouso. Neste trabalho, a modelagem da aeronave receptora para simulação do reabastecimento em voo é apresentada. Com base nessa modelagem, um sistema de controle automático para essa tarefa é proposto. Esse sistema visa controlar a aeronave receptora na fase de acoplamento e na fase de transferência de combustível. Os controladores são desacoplados em relação ao movimento longitudinal e látero-direcional e são projetados através de técnicas de controle moderno baseada em reguladores lineares quadráticos com realimentação de saída. As simulações mostram o desempenho do controlador durante o acoplamento, incluindo sua capacidade de rejeitar distúrbios atmosféricos e durante a transferência de combustível, com variação de massa da aeronave receptora. Um controlador com escalonamento de ganhos em relação à massa também é projetado e seus resultados comparados ao controlador proposto anteriormente. As simulações mostram que a estrutura de controle proposta é capaz de cumprir a tarefa de reabastecimento em voo satisfatoriamente.

Typical applications, such as georeferencing, long travelings, and monitoring, can be executed by unmanned aircraft squadrons by assuming different formations, such as latitudinal and longitudinal formations and circular motion maintenance, respectively. In order that all these problems can be solved in one mission, the squadron must reconfigure itself among these different formations in an autonomous way. In this study it is proposed a multifunctional missions execution scheme for unmanned aircraft squadrons based on geometric formation reconfigurations. The problem is a multidisciplinary one, and addresses the following issues: A control strategy able to deal with the aircraft model nonlinearity; computational algorithms for reconfiguring the squadrons among its different formations, whose efficiency is not critical for real-time applications; a theoretical treatment that allows the proof of convergence among the several squadron formation reconfigurations, and an approach that contributes to the system robustness with regard to parametric uncertainties of the aircraft dynamic model. Solutions are presented for the sub-problems and it is proposed their integration for getting a scheme for running a multifunctional missions queue.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.

Este trabalho analisa o uso do protocolo WirelessHART para a implementação de sistemas de controle em laço fechado. São discutidas possíveis arquiteturas de implementação de laços de controle, as quais se diferem basicamente pelo local na arquitetura do sistema de controle em rede em que o controlador será executado. Optou-se pela análise do comportamento do protocolo WirelessHART numa arquitetura que considera o módulo de controle localizado num dispositivo host, o qual se comunica via HART-UDP com o gateway da rede. Para a análise da proposta desta dissertação foram descritos os mecanismos necessários para a realização do laço de controle sobre uma rede WirelessHART real, em um ambiente que apresenta todas as características de uma instalação industrial. Os resultados obtidos mostram que, com a arquitetura proposta, o laço de controle apresenta latências não determinísticas. Para a realização deste trabalho, foram apresentados dois estudos de caso: (i) o controle de uma válvula comumente utilizada na indústria de petróleo; (ii) e um processo simulado, que considera um controlador baseado em eventos, onde o sinal de controle é calculado de acordo com os tempos de comunicação permitidos pela rede entre o controlador e o processo. Os resultados obtidos mostram que é possível efetuar controle apesar dos atrasos ocasionados pela rede, desde que sejam levados em conta estes atrasos no cálculo do sinal de controle, podendo assim mostrar há degradação no desempenho do sistema sob controle. / This work analyzes the use of WirelessHART protocol for the implementation of closed-loop control systems. It discusses possible architectures for implementing control loops, which differ by the location where the controller is executing. For the performance evaluation of the WirelessHART protocol behavior, an architecture that considers the control module located in a device, which communicates via Hart-UDP with the network gateway. The Experimental evaluations presented in this dissertation were performed in a setting that has all the characteristics of an industrial installation. The results showed that in the proposed architecture, the control loop has not deterministic latencies. Two case studies were carried on: (i) the control of a valve commonly used in oil and gas industrial applications; (ii) and a simulated process that considers an event-based controller where the control signal is calculated according to the communication time allowed by the network between the controller and the process. The results show that it is possible to perform control despite network delays, when taking into account the delays in the calculation of the control signal.

A redução de custos e a melhora do processo produtivo são essenciais para o aumento da rentabilidade e da produtividade das áreas agrícolas. O investimento em tecnologia se torna, portanto, fundamental em um mundo cada vez mais competitivo. Neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de um método de extração da posição de máquinas agrícolas, em relação às linhas de cultivo, a partir do processamento de imagens fornecidas por uma câmera de vídeo colorida. A posição extraída é a informação básica utilizada em um sistema de direcionamento automático, permitindo determinar quais ações devam ser tomadas para manter a máquina em sua trajetória. O correto posicionamento da máquina sobre as linhas de cultivo melhora o processo de pulverização, ocasionando a redução de custos e o aumento da produtividade da área. O método proposto está embasado nos conceitos de ponto de fuga e busca antecipada. Essas técnicas permitiram simplificar o processamento das imagens e conseqüentemente a redução do tempo de processamento. Essas características, aliadas ao correto posicionamento da câmera, devem permitir que o método proposto possa ser utilizado no controle de máquinas agrícolas que operam em grandes velocidades como os pulverizadores. / Cost reduction and productive process improvement are essential to increase yield in agricultural areas. Investments in technology become, therefore, important in a competitive world. This work presents a novel approach for extracting agricultural machine position, with respect to crop rows, processing images captured by a color video camera. The correct machine positioning in crop rows can improve agricultural processes such as spraying, decreasing the costs and increasing the area yield. The proposed method is based on the look-ahead and vanishing points techniques. These techniques allow the reduction of the algorithm complexity and, therefore, the reduction of the processing time. These characteristics added to the camera position may allow the system to control agricultural machines that run at high speeds, such as sprayers.

Este trabalho tem o intuito, de apresentar alguns conceitos, relativos à identifi cação de sistemás, tanto lineares quanto não linearep, além da ideia de referência virtual para, em conjunto com a teoria de projeto "de controladores baseados em dados, propor uma forrha de projeto de controladores não lineares baseados em identificação de sistemas. A utilização de referência virtual para a obtenção dos sinais necessários para a caracterização do controlador ótimo de um sistema e utilizado no método VRFT (Virtual Reference Feedback Tuning). Este método serve como base para o desenvolvimento da proposta deste trabalho que, em conjunto com a teoria de identificação de sistemas não lineares, permite a obteriçãci do controlador ótimo que leva o sistema a se comportar como especificado em malha fechada. Em especial optou-se pela caracterização do controlador utilizando estrutura de modelos racional, por esta ser uma classe bastante abrangente no que - diz respeito à quantidade de sistemas reais que ela é capaz de descrever. Fara demonstrar o potencial do método proposto para projeto de controladores, são apresentados ecemplos ilustrativos em situações onde o controlador ideal consegue ser representado pela classe de modelos, e quando isso não é possível. / This work aims to present some concepts related to linear and nonlinear system identification, as well as the •concept of virtual reference that, together with data based controller design's theory, provides design framework for nonlinear controllers. The Virtual Reference Feedback Tuning method (VRFT) is used as a basis for the current proposal, where we propose to unite nonlinear system identification algorithms and virtual reference to obtain the ideal controller: the one which makes the system behave as desired in closed loop. It was choosen to model the controller as a rational model due the wide variety of practical systems that can be represented by this model structure. For rational system identification we used an iterative algorithm which, based on the signal from input and output of the pIant, allows to identify the parameters of the pre defined controller structure with the signals obtained by virtual reference. To demonstrate the operation of the proposed identification controller methodology, illustrative examples are presented in situations where the ideal controller can be represented by the class of modeIs, and also when it is not possible.

Esta Tese apresenta o desenvolvimento de um modelo de sistema capaz de monitorar, adquirir, armazenar e transmitir dados remotamente utilizando diversos sensores e rede de celulares 3G para ser aplicada no projeto de pequenos aerogeradores, tendo como meta gerar um produto que apresente boa relação custo/eficiência, com emprego de materiais e processos de manufatura adaptados à realidade mundial. É apresentado um novo modelo de sistema para aquisição de dados, baseado na integração das novas tecnologias da informação e comunicação e de técnicas de processamento analógico e digital de sinais, visando estudar o desempenho de parâmetros gerados em um pequeno aerogerador de bancada. Através deste modelo será possível monitorar continuamente, dentro dos intervalos previstos de amostragem, a ocorrência de mudanças dos parâmetros analisados através de sensores instalados no aerogerador. Os resultados das análises destes sensores podem ser adquiridos e transmitidos remotamente através da Rede 3G, diretamente para uma sala de operações ou ainda ser disponibilizada na WEB através das novas tecnologias e mídias sociais. As informações aqui estudadas mostram resultados que podem ser úteis para qualquer segmento do mercado e para todas as áreas científicas, econômicas e ambientais, que queiram conhecer e aplicar o modelo de um sistema de aquisição e monitoração de dados para o gerenciamento de aerogeradores de pequeno porte. Apesar de no experimento ter sido utilizado variáveis de um aerogerador, são mostradas outras aplicações possíveis de aquisição de dados, monitoramento e experimentos remotos utilizando-se o canal de comunicação celular 3G e a integração das novas tecnologias de informação e comunicação. / This thesis presents the development of model system that can monitor, acquire, store and transmit data remotely using various sensors and 3G cellular network to be applied in the design of small wind turbines, aiming to generate a product that presents a cost-efficient through use of materials and manufacturing processes adapted to the reality world. It presented a new model system for data acquisition based on the integration of new information technologies and communication and processing techniques of analog and digital signals, to study the performance of parameters generated in a small wind turbine bench and remote. Through this model will be possible to monitor continuously, within the ranges provided for sampling, the occurrence of changes of parameters measured by sensors installed in the turbine. The results of analysis of these sensors can be acquired and transmitted remotely via the 3G network, directly to an operating room or be available on the Web with new technologies and social media. The information studied here show results that may be useful for any market segment and for all scientific, economic and environmental issues, willing to learn and apply the model of an acquisition system and data monitoring for management of small wind turbines. Although the experiment has been used variables of a wind turbine, are shown other possible applications of data acquisition, remote monitoring and experiments using the 3G mobile communication channel and the integration of new information technologies and communication.