Neste trabalho estuda-se a aplicação de um controlador preditivo não linear em reatores de policondensação visando à segurança, qualidade do produto, capacidade de “scale-up" e a produtividade. Nos processos de policondensação em batelada há formação de um produto volátil conhecido como condensado e a remoção deste torna-se necessária favorecer o avanço da reação a fim de obter alto grau de conversão. Na maioria dos trabalhos envolvendo a policondensação a separação não é levada em conta. Diante disso, desenvolveu-se um modelo de policondensação acoplado com a coluna de destilação a fim de verificar através das simulações em malha aberta o comportamento das variavéis de operação no sistema. O modelo de policondensação foi obtido na literatura (Shin et al.,1999) e em sua implementação foi levada em conta a inercia térmica entre as paredes do reator e as interações com a coluna destilação. A reação de policondensação estudada aqui corresponde à produção de polietileno-tereftalato (PET). Nesta reação, Tereftalato de dimetila (DMT) e Etilenoglicol (EG) geram como produtos grupos ésteres e metanol (M). O reator modelado corresponde ao reator piloto instalado no Laboratório de Simulação e Controle de Processos. A técnica de controle preditivo não linear (NMPC) foi implementada e testada em dois modelos de polimerização por radicais livres (sistema SISO e MIMO) e comparado com o desempenho de um controlador PID. O controlador preditivo não linear (NMPC) foi aplicado no modelo do reator de policondensação e foi utilizado um controlador PID como comparativo, nesta etapa realizou-se várias simulações em malha fechada e análises de sensibilidades. Para as análises de sensibilidades o controlador NMPC foi denominado de controlador NMPC com “feedback" e foi comparado com um controlador NMPC com retroalimentação de estado. Através dos estudos mostrou que o controlador NMPC tem um desempenho melhor do que o PID. Nos estudos de sensibilidade o controlador NMPC com “feedback" apresenta um desempenho superior ao do controlador NMPC com retroalimentação de estado. O controlador NMPC com “feedback" manteve o processo sob controle nas simulações que foram realizadas . / In this work the application of a non-linear predictive controller to policondensation reactors aiming the safety, quality of the product, capacity of scale-up and productivity is studied. In batch policondensation processes, a volatile product called condensate is generated, and its removal becomes necessary in order to favor the reaction progress as a mean to obtain high conversion rates. In most of the works involving policondensation the separation is not taken into account. Therefore, a policondensation model was developed which was coupled to a distillation column in order to verify the behavior of the variables in the system through open-loop simulations. The polycondensation model was obtained from the literature (Shin et al. ,1999) and was implemented taking into account the thermal inertia between the walls of the reactor and the interactions with the distillation column. The polycondensation reaction studied here corresponds to the production of polyethylene-terephtalate (PET). In this reaction, Dimethyl Terephtalate (DMT) and Etylene Glycol (EG) generate as products ester groups and methanol (M). The reactor that was modeled corresponds to a pilot reactor installed in the Laboratory of Simulation and Processes Control. A non linear predictive control (NMPC) was implemented and tested in two free radical polymerization models (SISO and MIMO systems) and compared with PID controllers performance. The NMPC was applied to the polycondensation model and a PID controller was also applied for comparison. In this stage several closed-loop simulations and sensitivity analyses were performed. For the sensitivity analyses the NMPC controller was denominated NMPC controller with "feedback" for comparison with an NMPC with full state feedback. The studies showed that NMPC controller has a better performance than PID. NMPC with "feedback" presents a superior performance to the NMPC with full state feedback in the presence of modeling gaps. In the simulations that were performed, the NMPC with "feedback" has kept the process under control.

Este trabalho trata da modelagem dinâmica e do projeto de sistemas de controle para um robô manipulador de arquitetura paralela assimétrica de três graus de liberdade, correspondente a três translações de seu efetuador no espaço tridimensional, concebido para tarefas de pega-e-põe (pick-and-place). Dentre os desenvolvimentos teóricos, procurou-se estender, para toda gama de robôs paralelos e topologicamente assimétricos, a abrangência dos procedimentos aplicados inicialmente a este caso específico. Foram empregados o Método de Lagrange e o Princípio dos Trabalhos Virtuais na obtenção de modelos dinâmicos baseados em hipóteses simplificadoras de corpos rígidos de massas concentradas e de massas distribuídas. Para o projeto de controladores, foram utilizadas as técnicas de torque computado e torque computado estendido. As formulações correspondentes a estas técnicas foram aprimoradas de forma a permitir o cálculo de esforços de controle de modo equivalente tanto nas coordenadas dos atuadores como nas coordenadas do efetuador e em conformidade com os requisitos de resposta dinâmica definidos para o robô. Tais requisitos podem ser inclusive anisotrópicos, o que se julga ser mais apropriado para robôs paralelos assimétricos. Particularmente em relação ao robô analisado, foram avaliados efeitos de simplificação do modelo dinâmico e da discretização do controlador (incluindo discretização com dupla frequência de amostragem) sobre os erros de controle de posição. Percebeu-se que os requisitos de alto desempenho das tarefas de pega-epõe levam o projeto do controlador ao limite de validade da hipótese simplificadora de corpo rígido e da capacidade de processamento do hardware de controle. / This work deals with the dynamic modeling and the design of control systems for an asymmetric parallel manipulator robot with three degrees of freedom, related to three translations of its end-effector in the tridimensional space, conceived for pick-andplace tasks. Among the theoretical developments, one of them was the extension of the proposed procedures, initially applied to this specific case, to the whole class of topologically asymmetric and parallel mechanisms. The Lagrange Method and the Principle of Virtual work were employed in order to build dynamic models based on rigid body assumption with either lumped or distributed mass simplification hypothesis. For the controllers design, computed torque and extended computed torque techniques were used. The formulations of such techniques were elaborated in order to allow the calculation of the control efforts to be executed equivalently both on the actuators coordinates and on the end-effector coordinates, in accordance with the dynamic response requirements defined for the robot. These requirements may be even anisotropic, what is considered to be more suitable for asymmetric parallel robots. Particularly about the analyzed robot, the effects of dynamic model simplification and controller discretization (including double sample rate discretization) on the position control errors were evaluated. It was realized that the high performance requirements for pick-and-place tasks push the controller design to the limit of validity of the rigid body assumption and of the control hardware processing capacity.

As turbinas a gás são uma importante máquina geradora de potência, fornecendo propulsão mecânica para os transportes aéreos e marítimos, bem como utilizadas na geração de energia elétrica. Para realizar o desenvolvimento do sistema de controle destas complexas máquinas é necessária a criação de modelos matemáticos apurados que representem as condições de operação em regime permanente e regime transitório, prevendo situações que afetam a segurança e desempenho do motor. Este documento descreve o modelo dinâmico não-linear com sistema de controle para um turboeixo utilizado na geração de energia elétrica. A modelagem foi realizada em módulos para cada componente do motor, de forma que suas equações dinâmicas descrevam as situações transitórias. Foram desenvolvidos dois controladores um básico e outro supervisório com as malhas regulatórias em regime permanente, regime transitório e proteção dos limites. A estratégia de controle busca manter o turboeixo operando em regiões de melhor desempenho, mantendo a rotação de referência constante, além de proteger dos fenômenos de bombeamento, apagamento da chama, sobrevelocidade e superaquecimento. Para sintonia dos controladores foram utilizadas técnicas de otimização, com uma função objetivo, descrita a partir do erro em regime. Outro ponto desenvolvido foi à lógica de partida, com as séries de operações para a sequência dos estados. Por fim, foram apresentados os resultados obtidos para uma condição de operação com perturbações na carga do gerador elétrico, observando a ação das estratégias de controle, aumentando a segurança global do turboeixo.

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.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-09T19:20:30Z No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 706863 bytes, checksum: b4fe1469b23eb1f7c0904dc09c59fe8e (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-10T11:17:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 706863 bytes, checksum: b4fe1469b23eb1f7c0904dc09c59fe8e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-10T11:17:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação.pdf: 706863 bytes, checksum: b4fe1469b23eb1f7c0904dc09c59fe8e (MD5) / Esta dissertação trata do controle de um sistema não linear representado por um sistema de levitação magnética. O objetivo é controlar a posição de um disco magnético por meio da aplicação de uma corrente elétrica em uma bobina. O sistema físico utilizado neste trabalho foi fabricado pela ECP – Educational Control Product e está disponível no Laboratório de Controle da Escola Politécnica da UFBA, onde este trabalho foi desenvolvido. Este sistema foi utilizado para validação dos resultados obtidos por simulações computacionais, tanto para modelagem matemática quanto para a técnica de controle utilizada. O levitador magnético foi modelado matematicamente por meio de uma equação diferencial não linear de 2ª ordem, obtida a partir do estudo fenomenológico das leis físicas que regem o sistema, e relaciona o deslocamento do disco magnético em função da corrente aplicada à bobina. Para o projeto do sistema de controle foi utilizada a técnica de linearização exata por realimentação de estados. Esta técnica pode ser aplicada a uma classe de sistemas não lineares representados por equações de estados e que sejam controláveis e involutivos. A aplicação da técnica permite o cancelamento direto das não linearidades do sistema, por meio de uma transformação dos estados, tornando a dinâmica do sistema linear. Dessa forma, para o novo sistema linearizado, pode-se projetar um controlador linear. Nesta segunda parte, utilizou-se o método de alocação de pólos, que consiste na alocação de todos os pólos de malha fechada do sistema em posições desejadas de modo que a estabilidade do sistema seja garantida e critérios de projeto sejam atendidos. A técnica de linearização exata por realimentação de estados combinada com o método de alocação de pólos foram simulados no Matlab/Simulink e aplicados ao modelo teórico do sistema de levitação magnética. Em seguida, as técnicas foram aplicadas na planta do levitador magnético. Os resultados obtidos com a simulação foram validados comparando-os com os resultados da implementação das técnicas no sistema físico. Observou-se que a combinação das técnicas de linearização exata por realimentação de estados e alocação de pólos cumpriu seu papel ao controlar a posição do disco magnético em posições desejadas atendendo aos critérios de projeto.

Submitted by Diogo Barreiros (diogo.barreiros@ufba.br) on 2017-02-17T16:08:36Z No. of bitstreams: 1 Alexandre_Franco-dissertação-ppgm-versão_final.pdf: 6788743 bytes, checksum: 20c6ef425bc2ba1737ea5676d1f0e468 (MD5) / Approved for entry into archive by Vanessa Reis (vanessa.jamile@ufba.br) on 2017-02-21T11:11:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Alexandre_Franco-dissertação-ppgm-versão_final.pdf: 6788743 bytes, checksum: 20c6ef425bc2ba1737ea5676d1f0e468 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-21T11:11:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Alexandre_Franco-dissertação-ppgm-versão_final.pdf: 6788743 bytes, checksum: 20c6ef425bc2ba1737ea5676d1f0e468 (MD5) / Os robôs autônomos móveis são dotados de habilidades para executar tarefas com uma mínima intervenção do homem. Tais tarefas, no entanto, não seriam possíveis de serem realizadas se não fosse introduzida a estes robôs a capacidade da navegação autônoma. / Uma simples tarefa de deslocar o robˆo de um ponto a outro, em um ambiente, requer a execu¸c˜ao de um conjunto de etapas distintas. Em primeiro lugar ´e necess´ario o reconhecimento e a representa¸c˜ao do ambiente. Esta representa¸c˜ao ´e necess´aria para que possa ser feito, na etapa seguinte, um planejamento de trajet´oria entre um local de origem e de destino. A trajet´oria planejada ´e gerada na terceira etapa e o seu rastreamento ´e feito pelo robˆo, por meio de comandos enviados ao seu sistema de atua¸c˜ao, na etapa de mais baixo n´ıvel da navega¸c˜ao, o controle de trajet´oria. Neste trabalho s˜ao propostas t´ecnicas de gera¸c˜ao e controle de trajet´oria para robˆos m´oveis omnidirecionais, apresentando solu¸c˜oes para as duas etapas de mais baixo n´ıvel da navega¸c˜ao. M´etodos de gera¸c˜ao de trajet´oria por fun¸c˜oes cont´ınuas e por interpola¸c˜ao polinomial, s˜ao mostrados, e uma t´ecnica composta por estes dois m´etodos ´e proposta. Esta t´ecnica possibilita um planejamento de trajet´orias por curvas e segmentos de reta, gerando trajet´orias de formas variadas e suaves. S˜ao propostas t´ecnicas de controle de trajet´oria usando leis de controle baseadas na lineariza¸c˜ao por realimenta¸c˜ao de estado com compensadores de ruídos baseados em controladores difusos. O robˆo usado como estudo de caso, o Axebot, um robô omnidirecional com três rodas, ´e apresentado. O desenvolvimento dos modelos cinemático e dinâmico da sua base móvel com inclusão do modelo dinâmico dos seus atuadores ´e mostrado.

Made available in DSpace on 2016-03-07T19:21:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2015-11-27. Added 1 bitstream(s) on 2016-03-07T19:25:28Z : No. of bitstreams: 1 000859488.pdf: 1084542 bytes, checksum: b2c792e2ab102fae0335228868786b51 (MD5) / Neste trabalho são apresentadas duas novas propostas de condições de estabilidade para sistemas não lineares descritos através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno (TS) baseadas em funções de Lyapunov fuzzy (FLF). A primeira proposta e baseada na determinação algébrica do hiper-retângulo composto pelo conjunto fechado das derivadas temporais das funções de pertinência de sistemas fuzzy TS e é formulada em termos de desigualdades matriciais lineares, em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs). A segunda proposta é baseada na obtenção também algébrica, de um politopo formado pela interseção do hiper-plano das derivadas temporais das funções de pertinência com o hiper-retângulo. são propostos dois teoremas que fornecem condições necessárias e suficientes para esse problema de estabilidade. Exemplos, utilizando o software MATLAB, ilustram os resultados numéricos, mostrando que o hiper-retângulo fornece resultados mais relaxados, no sentido de reduzir o conservadorismo, em relação aos da literatura e a estrutura proposta através de politopos apresenta os mesmos resultados com tempos de execução computacionais consideravelmente menores. Portanto, as propostas apresentadas generalizam as já existentes na literatura, para o estudo da estabilidade assintótica de sistemas não lineares baseados em FLF, para sistemas fuzzy TS / This thesis proposes two new stability conditions regarding nonlinear systems des- cribed by Takagi-Sugeno (TS) fuzzy models, based on Fuzzy Lyapunov Functions (FLF). The first result is based on the hyper-rectangle defined by the closed set of the time deriva- tives of the membership functions of TS fuzzy systems, and is described by a set of Linear Matrix Inequalities (LMIs). The second result is based on the obtention of a polytope composed by the intersection of the hyperplane of the time derivatives of the membership functions with the hyper-rectangle. Two proposed theorems offer necessary and sufficient conditions for this stability problem. Examples, using the MATLAB software, illustrate the numerical results and show that the hyper-rectangle allows the reduction of the con- servatism of the stability analysis considering similar results available in the literature and with the polytope it is possible to obtain the same results with a smaller computati- onal time. Therefore, the proposed methods generalize previous results about asymptotic stability available in the literature, for nonlinear systems described by TS fuzzy models, based on FLF

Orientador : Douglas Eduardo Zampieri / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-28T22:56:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_AntonioFernandoAbreude_M.pdf: 6486639 bytes, checksum: ea64712e5372f01de1b05096730bac2f (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Neste trabalho, é feito um estudo sobre a aplicação de redes neurais artificiais na identificação e no controle de suspensões ativas não lineares. Considerando um modelo de um quarto de veículo, a modelagem matemática de sistemas passivos e ativos é detalhada. Noções básicas da aplicação das redes neurais, arquitetura, tipos de aprendizado, algoritmos de treinamento, etc., é apresentado, assim como, sua aplicação atual na identificação e controle de sistemas dinâmicos não lineares. O neuro-controlador proposto é do tipo "baseado em um modelo de referência", e seus pesos são ajustados utilizando um novo conceito de mapeamento inverso através do emprego de um neuro-modelo (neuro-veículo) para a retropropagação do sinal de erro (diferença entre a saída de referência desejada e a saída da rede neural). Simulações computacionais são realizadas com a finalidade de testar o modelo proposto, através da análise do espaço de trabalho da suspensão, da aceleração da massa suspensa e da força de contato do pneu com o solo, principais parâmetros utilizados no projeto de suspensões automotivas. Os resultados demonstram o poder das redes neurais na identificação e no controle de sistemas dinâmicos com características não lineares / Abstract: This work presents a study about applications of artificial neural networks in the identification and control of nonlinear active suspensions. Considering an one-quarter vehic1e model, the mathematical modeling of passive and active systems is detailed. Basic concepts of neural networks application, architecture, type of learning, training algorithms, etc., are presented as well as the application in identification and control of nonlinear dynamic systems which is used in this work. The proposed neuro-contoller is of type "model reference neuro-controller", and their weights are set using a new concept of inverse mapping trough the use of a neuro-model (neuro-vehicle) to a backpropagation of the error signal (difference between the output of the desired reference and the output ofthe neural network). Computational simulations are performed in order to test the proposed model, trough the analysis of the suspensions work space, acceleration of the sprung mass and contact force of the tire with the ground, which are the main arameters used in the design of automotive suspensions. The results show the suitability of neural network in the identification and control of dynamic systems with nonlinear characteristics / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Celso Pascoli Bottura / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T19:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Berci_CesarDaltoe_M.pdf: 9710523 bytes, checksum: e7e285b64dda07549cdde9aff2080573 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O problema de se observar o estado do sistema nasce da necessidade de se controlar plantas cujo estado não se pode medir. Convencionalmente são utilizados observadores baseados em modelos dinâmicos para resolver esse problema, através da construção de estimativas do estado desconhecido. Nesta tese, é abordada uma solução alternativa para este problema. Várias propostas de observadores inteligentes, são realizadas com base em mapeamentos entre subespaços gerados pelas equações que regem a dinâmica não linear do sistema, utilizando várias técnicas de inteligência computacional, capazes de apresentar estimativas do estado do sistema dinâmico através de observadores que não apresentam um comportamento dinâmico com relação ao tempo. / Abstract: The state observer problem arises from the necessity of controlling plants whose state can not be measured. Usually dynamic model based observers are used to solve this problem, for estimating unknown state. In this thesis an alternative solution for this problem is presented. Various proposals for intelligent observers are made based on mappings between subspaces generated by the equations describing the nonlinear dynamics of the system, using various computational intelligence techniques able to present state estimates for the dynamic system through nonlinear observers that do not exhibit a dynamic behavior with respect to time. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho estuda-se a aplicação de um controlador preditivo não linear em reatores de policondensação visando à segurança, qualidade do produto, capacidade de “scale-up" e a produtividade. Nos processos de policondensação em batelada há formação de um produto volátil conhecido como condensado e a remoção deste torna-se necessária favorecer o avanço da reação a fim de obter alto grau de conversão. Na maioria dos trabalhos envolvendo a policondensação a separação não é levada em conta. Diante disso, desenvolveu-se um modelo de policondensação acoplado com a coluna de destilação a fim de verificar através das simulações em malha aberta o comportamento das variavéis de operação no sistema. O modelo de policondensação foi obtido na literatura (Shin et al.,1999) e em sua implementação foi levada em conta a inercia térmica entre as paredes do reator e as interações com a coluna destilação. A reação de policondensação estudada aqui corresponde à produção de polietileno-tereftalato (PET). Nesta reação, Tereftalato de dimetila (DMT) e Etilenoglicol (EG) geram como produtos grupos ésteres e metanol (M). O reator modelado corresponde ao reator piloto instalado no Laboratório de Simulação e Controle de Processos. A técnica de controle preditivo não linear (NMPC) foi implementada e testada em dois modelos de polimerização por radicais livres (sistema SISO e MIMO) e comparado com o desempenho de um controlador PID. O controlador preditivo não linear (NMPC) foi aplicado no modelo do reator de policondensação e foi utilizado um controlador PID como comparativo, nesta etapa realizou-se várias simulações em malha fechada e análises de sensibilidades. Para as análises de sensibilidades o controlador NMPC foi denominado de controlador NMPC com “feedback” e foi comparado com um controlador NMPC com retroalimentação de estado. Através dos estudos mostrou que o controlador NMPC tem um desempenho melhor do que o PID. Nos estudos de sensibilidade o controlador NMPC com “feedback” apresenta um desempenho superior ao do controlador NMPC com retroalimentação de estado. O controlador NMPC com “feedback” manteve o processo sob controle nas simulações que foram realizadas . / In this work the application of a non-linear predictive controller to policondensation reactors aiming the safety, quality of the product, capacity of scale-up and productivity is studied. In batch policondensation processes, a volatile product called condensate is generated, and its removal becomes necessary in order to favor the reaction progress as a mean to obtain high conversion rates. In most of the works involving policondensation the separation is not taken into account. Therefore, a policondensation model was developed which was coupled to a distillation column in order to verify the behavior of the variables in the system through open-loop simulations. The polycondensation model was obtained from the literature (Shin et al. ,1999) and was implemented taking into account the thermal inertia between the walls of the reactor and the interactions with the distillation column. The polycondensation reaction studied here corresponds to the production of polyethylene-terephtalate (PET). In this reaction, Dimethyl Terephtalate (DMT) and Etylene Glycol (EG) generate as products ester groups and methanol (M). The reactor that was modeled corresponds to a pilot reactor installed in the Laboratory of Simulation and Processes Control. A non linear predictive control (NMPC) was implemented and tested in two free radical polymerization models (SISO and MIMO systems) and compared with PID controllers performance. The NMPC was applied to the polycondensation model and a PID controller was also applied for comparison. In this stage several closed-loop simulations and sensitivity analyses were performed. For the sensitivity analyses the NMPC controller was denominated NMPC controller with "feedback" for comparison with an NMPC with full state feedback. The studies showed that NMPC controller has a better performance than PID. NMPC with "feedback" presents a superior performance to the NMPC with full state feedback in the presence of modeling gaps. In the simulations that were performed, the NMPC with "feedback" has kept the process under control.