Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-05T18:13:48Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Rejected by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br), reason: on 2017-10-10T17:05:51Z (GMT) / Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-10-16T15:40:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-11-14T14:38:48Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-14T14:38:48Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_EstrategiasControleDigital.pdf: 13991215 bytes, checksum: 031550b79d39024d06a11bd969ea2497 (MD5) Previous issue date: 2014-04-30 / Este trabalho apresenta os resultados, simulados e com experimentação, obtidos nos estudos relacionados ao projeto e à implementação de estratégias avançadas de controle digital preditivo do tipo Generalized Predictive Control e supervisionado por lógica fuzzy, aplicadas ao controle e auxílio na melhoria da estabilidade de sistemas elétricos de potência. Uma das principais contribuições deste trabalho é de natureza prática já que a avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas será realizada por meio de testes em um sistema de potência real e de escala reduzida. Outras contribuições do trabalho incluem: a) o desenvolvimento e a validação de um simulador computacional de sistemas de potência utilizado para avaliar dinamicamente o comportamento das estruturas de controle propostas quando o sistema de potência estudado é submetido a contingências operacionais comumente observadas durante sua operação; b) a montagem de um protótipo de sistema de potência real e de escala reduzida utilizado nos ensaios de avaliação de uma parte das estratégias de controle preditivo propostas. O protótipo de sistema de potência, formado por um motor de corrente contínua acoplado a um gerador síncrono de polos salientes conectado a um sistema de potência de escala comercial por uma pequena linha de transmissão, foi montado no Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), localizado em Belém, Pará. Com os recursos deste protótipo, é possível avaliar e validar estratégias avançadas de controle, monitoração e manutenção preditiva aplicadas às máquinas elétricas rotativas em operação na ELETROBRAS-ELETRONORTE. / This thesis presents the experimental and simulated results obtained in the project and implementation of Generalized Predictive Control, an advanced digital predictive control technique, and fuzzy logic, applied to control and improvement of the stability of electric power systems. One of the main contributions of this thesis is of pratical nature, since a part of the proposed predictive control strategies were experimentaly avaliated by real avaliation tests. These tests are realized with a small scale real power system. There are other contributions like these: a) the project and validation of a computational power system simulator used to evaluate the behavior of the proposed control structures when operational contingencies, commonly observed in normal operation of the power system, are simulated; b) assembly a prototype of a small scale real electric power system used to evaluate a part of the proposed predictive control techniques. The assembled power system prototype is formed by two electric machines: a DC motor and a salient-pole synchronous generator. These two machines are mechanicaly coupled and connected to a commercial power system through a small transmission line simulator. The prototype was assembled at the Centro de Tecnologia da ELETROBRAS-ELETRONORTE (LACEN), located in Belém, Pará, Brazil. Using the prototype's features, it is possible to evaluate and validate advanced monitoring and control strategies. After these avaliations, these strategies can be used as predictive maintenance tools for the rotating electrical machines in operation at ELETROBRAS-ELETRONORTE.

A pesquisa em redes neurais artificiais (RNAs) está atualmente experimentando um crescente interesse por modelos que utilizem a variável tempo como um grau de liberdade extra a ser explorado nas representações neurais. Esta ênfase na codificação temporal (temporal coding) tem provocado debates inflamados nas neurociências e áreas correlatas, mas nos últimos anos o surgimento de um grande volume de dados comportamentais e fisiológicos vêm dando suporte ao papel-chave desempenhado por este tipo de representação no cérebro [BALLARD et al. (1998)]. Contribuições ao estudo da representação temporal em redes neurais vêm sendo observadas nos mais diversos tópicos de pesquisa, tais como sistemas dinâmicos não-lineares, redes oscilatórias, redes caóticas, redes com neurônios pulsantes e redes acopladas por pulsos. Como conseqüência, várias tarefas de processamento da informação têm sido investigada via codificação temporal, a saber: classificação de padrões, aprendizagem, memória associativa, controle sensório-motor, identificação de sistemas dinâmicos e robótica. Freqüentemente, porém, não fica muito claro até que ponto a modelagem dos aspectos temporais de uma tarefa contribui para aumentar a capacidade de processamento da informação de modelos neurais. Esta tese busca apresentar, de uma maneira clara e abrangente, os principais conceitos e resultados referentes à proposição de dois modelos de redes neurais não-supervisionadas (RNATs), e como estas lançam mão da codificação temporal para desempenhar melhor a tarefa que lhes é confiada. O primeiro modelo, chamado rede competitiva Hebbiana temporal (competitive temporal Hebbian - CTH), é aplicado especificamente em tarefas de aprendizagem e reprodução de trajetórias do robô manipulador PUMA 560. A rede CTH é uma rede neural competitiva cuja a principal característica é o aprendizado rápido, em apenas uma época de treinamento, de várias trajetórias complexas contendo ) elementos repetidos. As relações temporais da tarefa, representadas pela ordem temporal da trajetória, são capturadas por pesos laterais treinados via aprendizagem hebbiana. As propriedades computacionais da rede CTH são avaliadas através de simulações, bem como através da implementação de um sistema de controle distribuído para o robô PUMA 560 real. O desempenho da rede CTH é superior ao de métodos tabulares (look-up table) tradicionais de aprendizagem de trajetórias robóticas e ao de outras técnicas baseadas em redes neurais, tais como redes recorrentes supervisionadas e modelos de memória associativa bidirecional (BAM). O segundo modelo, chamado rede Auto-Organizável NARX (Self-Organizing NARX-SONARX), é baseado no conhecido algoritmo SOM, proposto por KOHONEN (1997). Do ponto de vista computacional, as propriedades de rede SONARX são avaliadas em diferentes domínios de aplicação, tais como predição de séries temporais caóticas, identificação de um atuador hidráulico e no controle preditivo de uma planta não-linear. Do ponto de vista teórico, demonstra-se que a rede SONARX pode ser utilizada como aproximador assintótico de mapeamentos dinâmicos não-lineares, graças a uma nova técnica de modelagem neural, chamada Memória Associativa Temporal via Quantização Vetorial (MATQV). A MATQV, assim como a aprendizagem hebbiana da rede CTH, é uma técnica de aprendizado associativo temporal. A rede SONARX é comparada com modelos NARX supervisionados, implementados a partir das redes MLP e RBF. Em todos os testes realizados para cada uma das tarefas citadas no parágrafo anterior, a rede SONARX tem desempenho similar ou melhor do que o apresentado por modelos supervisionados tradicionais, com um custo computacional consideravelmente menor. A rede SONARX é também comparada com a rede CTH na parendizagem de trajetórias robóticas complexas, com o intuito de destacar as principais diferenças entre os dois ) tipos de aprendizado associativo. Esta tese também propõe uma taxonomia matemática, baseada na representação por espaço de estados da teoria de sistemas, que visa classificar redes neurais não-supervisionadas temporais com ênfase em suas propriedades computacionais. Esta taxonomia tem como principal objetivo unificar a descrição de modelos neurais dinâmicos, facilitando a análise e a comparação entre diferentes arquiteturas, contrastando suas características representacionais e operacionais. Como exemplo, as redes CTH e a SONARX serão descritas usando a taxonomia proposta. / Neural network research is currently witnessing a significant shift of emphasis towards temporal coding, which uses time as an extra degree of freedom in neural representations. Temporal coding is passionately debated in neuroscience and related fields, but in the last few years a large volume of physiological and behavioral data has emerged that supports a key role for temporal coding in the brain [BALLARD et al. (1998)]. In neural networks, a great deal of research is undertaken under the topics of nonlinear dynamics, oscillatory and chaotic networks, spiking neurons, and pulse-coupled networks. Various information processing tasks are investigated using temporal coding, including pattern classification, learning, associative memory, inference, motor control, dynamical systems identification and control, and robotics. Progress has been made that substantially advances the state-of-the-art of neural computing. In many instances, however, it is unclear whether, and to what extent, the temporal aspects of the models contribute to information processing capabilities. This thesis seeks to present, in a clear and collective way, the main issues and results regarding the proposal of two unsupervised neural models, emphasizing how these networks make use of temporal coding to perform better in the task they are engaged in. The first model, called Competitive Temporal Hebbian (CTH) network, is applied specifically to learning and reproduction of trajectories of a PUMA 560 robot. The CTH model is a competitive neural network whose main characteristic is the fast learning, in just one training epoch, of multiple trajectories containing repeated elements. The temporal relationships within the task, represented by the temporal order of the elements of a given trajectory, are coded in lateral synaptic trained with hebbian learning. The computational properties of the CTH network are assessed through simulations, as well ) as through the practical implementation of a distributed control system for the real PUMA 560 robot. The CTH performs better than conventional look-up table methods for robot trajectory learning, and better than other neural-based techniques, such as supervised recurrent networks and bidirectional associative memory models. The second model, called Self-Organizing NARX (SONARX) network, is based on the well-known SOM algorithm by KOHONEN (1997). From the computational view-point, the properties of the SONARX model are evaluated in different application domains, such as prediction of chaotic time series, identification of an hydraulic actuator and predictive control of a non-linear plant. From the theoretic viewpoint, it is shown that the SONARX model can be seen as an asymptotic approximator for nonlinear dynamical mappings, thanks to a new neural modelling technique, called Vector-Quantized Temporal Associative Memory (VQTAM). This VQTAM, just like the hebbian learning rule of the CTH network, is a temporal associative memory techniques. The SONARX network is compared with supervised NARX models which based on the MLP and RBF networks. For all simulations, in each one of the forementioned application domains, the SONARX network had a similar and sometimes better performance than those observed for standard supervised models, with the additional advantage of a lower computational cost. The SONARX model is also compared with the CTH network in trajectory reproduction tasks, in order to contrast the main differences between these two types of temporal associative learning models. In this thesis, it is also proposed a mathematical taxonomy, based on the state-space representation of dynamical systems, for classification of unsupervised temporal neural networks with emphasis in their computational properties. The main goal of this taxonomy is to unify the description of dynamic neural models, ) facilitating the analysis and comparison of different architectures by constrasting their representational and operational characteristics. Is is shown how the CTH and SONARX models can be described using the proposed taxonomy.

Submitted by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-06T17:41:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-06-06T17:42:38Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-06T17:42:38Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ProjetoestabilizadoresSistemas.pdf: 1384462 bytes, checksum: ff736b9e14048895475d7e59679cdac9 (MD5) Previous issue date: 2018-01-24 / A utilização de estabilizadores de sistemas elétricos de potência é imprescindível para uma operação confiável de sistemas elétricos de grande porte. A maior parte dos estabilizadores atualmente em operação é projetada por meio de técnicas de controle clássico, utilizando modelos linearizados do sistema elétrico. Embora este tipo de estabilizador apresente desempenho satisfatório para o amortecimento das oscilações eletromecânicas inerentes ao sistema de potência, muitos estudos confirmam que a utilização de técnicas de controle adaptativo, preditivo, robusto e inteligente para a síntese da lei de controle nesses estabilizadores pode produzir resultados ainda melhores. Neste trabalho é investigado o desempenho de uma estratégia de controle preditivo, do tipo variância mínima, representada em espaço de estados, GMVSS, aplicada ao amortecimento de oscilações eletromecânicas em sistemas de potência interligados. O procedimento de projeto se baseia na premissa de que a estrutura do controlador é herdada do modelo de projeto, onde variáveis de estado estimadas, entram na síntese de uma lei de controle por realimentação de estados estimados. A complexidade da estrutura do controlador é então ditada pela complexidade do modelo de projeto. Este procedimento difere do original, GMV, via funções de transferência, todavia fornece os mesmos resultados. A contribuição mais significativa de tal estratégia é a simplicidade de projeto devido à ausência da equação Diofantina no procedimento. A equação Diofantina é resolvida indiretamente e de maneira natural pela própria formulação do problema, a partir do filtro de Kalman obtido de uma representação ARMAX no espaço de estados. Por fim, a lei de controle sintetizada é aplicada ao sistema não linear por meio de simulações numéricas que utilizam modelos não lineares do sistema, avaliando-se as características de robustez e desempenho do controlador proposto via funções de sensibilidade, diagrama de Nyquist, mapa de polos e zeros e índices de desempenho para toda a faixa de operação. Os resultados mostram que o estabilizador preditivo é capaz de contribuir positivamente para o amortecimento dos modos de oscilação mais problemáticos, aumentando assim os limites de estabilidade do sistema de potência. / The use of power system stabilizers is essential for reliable operation of large electrical systems. Most stabilizers in operation are designed using classical control techniques based on linearized power systems models. Although this type of stabilizer presents satisfactory performance for the damping of oscillations inherent in the power system, many studies show that use of adaptive and intelligent control techniques for the synthesis of the control law in these stabilizers can produce even better results. In this work it is investigated the performance of a predictive control strategy, of the minimum variance control type in the state space, GMVSS, applied to the damping of electromechanical oscillations in interconnected power systems. The design procedure is based on the premise that the controller structure is inherited from the design model, where estimated state variables, come into play in the synthesis of a state feedback control law. The complexity of the controller structure is then dictated by the complexity of the design model. This procedure differs from the original transfer function method, GMV, however matching exactly the same results. The most significant contribution of such a strategy is the simplicity of design due to the absence of the Diophantine equation in the procedure. The Diophantine equation is indirectly solved in a natural way by the problem formulation itself, from a Kalman filter obtained from an ARMAX state space representation. Finally, the synthesized control law is applied to the nonlinear system by means of numerical simulations using nonlinear models of the system, evaluating the characteristics of robustness and performance of the proposed controller via sensitivity functions, Nyquist diagram, poles and zeros map and performance indexes for the entire operating range. The results show that the predictive stabilizer is able to contribute positively to the damping of the most problematic oscillation modes, thus increasing the stability limits of the power system.

Atualmente cerca de 15% da população mundial possui algum tipo de deficiência. Para estas pessoas o uso das tecnologias assistivas é essencial. A realidade aumentada surge como uma importante alternativa, para a criação de novas tecnologias assistivas, devido às suas inúmeras formas de rastreamento do participante, que, se combinadas, conseguem proporcionar novas possibilidades de interação. Entretanto, o uso da realidade aumentada, no contexto das tecnologias assistivas, não é uma panaceia, pois cada deficiência é única, assim como cada pessoa possui suas próprias particularidades. Portanto, é importante analisar a acessibilidade destas aplicações, para que o benefício do seu uso possa ser realmente assegurado. Esta dissertação propõe um modelo preditivo de avaliação, baseado no Design Universal e na norma ISO 9241-171. Este modelo é capaz de avaliar a acessibilidade de aplicações de realidade aumentada, quando usadas como tecnologias assistivas. O processo de avaliação consiste no preenchimento de questionários, compostos por questões claras e inteligíveis, para que possam atender à um público multidisciplinar, sem a exigência de qualquer conhecimento prévio em avaliação de acessibilidade. O produto da avaliação feita pelos questionários é um indicador de acessibilidade, que representa o grau de conformidade com os requisitos de acessibilidade. A aplicação dos questionários é sensível ao contexto, cada questionário inclui guias de utilização, que contém os requisitos mínimos do participante, para cada critério de avaliação, desta forma, é possível obter uma visão holística da avaliação, que pode ser customizada para cada participante ou generalizada para uma deficiência específica. O principal objetivo desta dissertação é propor um modelo preditivo, para a avaliação da acessibilidade, servindo aos educadores especiais, desenvolvedores e consumidores de tecnologias assistivas, como critério para a utilização ou não das aplicações de realidade aumentada. / Currently about 15% of the world population has some type of disability. For these people the use of assistive technologies is essential. Augmented reality emerges as an important alternative to the creation of new assistive technologies, due to its numerous forms of participant tracking, which, if combined, can provide new possibilities for interaction. However, the use of augmented reality in the context of assistive technology is not a panacea, as each disability is unique, as well as each person has its own peculiarities. Therefore, it is important to analyze the accessibility of these applications, to ensure the benefit of its use effectively. This work proposes a predictive evaluation model, based on universal design and ISO 9241-171 standard. This model is able to evaluate the accessibility of augmented reality applications, when used as assistive technologies. The evaluation process consists of completing questionnaires, composed of clear and intelligible issues, so that they can meet the multidisciplinary public, without requiring any prior knowledge in evaluating accessibility. The product of evaluation made by questionnaires is a numerical indicator of accessibility, which represents the degree of compliance with accessibility requirements. The questions are sensitives to context, each questionnaire includes guidelines, which contains the minimum requirements of the participant, for each criteria, it is thus possible to obtain a holistic view of the evaluation, which can be customized for each participant or generalized to a specific disability. The main objective of this work is to propose a predictive model for the evaluation of accessibility, serving special educators, developers and assistive technology consumers, as a criteria for the decision of use of augmented reality applications.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:51Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-08-30Bitstream added on 2014-06-13T20:47:24Z : No. of bitstreams: 1 ribeiro_jms_me_ilha.pdf: 1485185 bytes, checksum: 5ab0628a95f1aed7502862f70ee550ce (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho apresenta três novas estratégias de controle discreto. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD) aplicados em sistemas que possuem atraso no processamento do sinal de controle. As novas estratégias de controle objetivam a elaboração de leis de fácil implementação prática e que ao mesmo tempo sejam robustas a incertezas da planta. Uma característica destas novas abordagens para controle discreto com atraso no tempo é a utilização de um Controle com Modos Deslizantes sem a necessidade de predição do sinal de controle. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Uma das estratégias foi elaborada para realizar controle apenas em sistemas discretos que não possuem atraso no sinal de controle, enquanto que as demais são utilizadas para controle em sistemas com atraso. São apresentadas simulações e resultados de implementações práticas, sobre uma planta estável de Controle Automático da Geração (CAG) e sobre um Sistema Pêndulo Invertido, que caracteriza bem uma planta instável. Os resultados comprovam a eficácia dos novos controladores. / This work presents three new strategies of discrete-time control. The main focus of the work was given to the Sliding Mode Control (SMC) applied in systems that present delay in the processing of the control sign. The new control strategies provide laws of control of easy practical implementation and that at the same time are robust to uncertainties of the plant. A characteristic of these new approaches, for discrete-time control with delay-time, is the use of a Sliding Mode Control without the need of prediction of the control signal. The proposed design methods can be applied in the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. One of the strategies was elaborated to accomplish control just in discrete-time system without delay-time in the control sign, while the others are used for control in systems with delay-time. Simulations and experimental results are shown on a stable plant of Automatic Generation Control (AGC) and on Inverted Pendulum System, that is an unstable plant. The results prove the controllers' effectiveness.

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Marcelo Carvalho M. Teixeira / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: Fuad Kassab Junior / Banca: Marco Henrique Terra / Resumo: Este trabalho apresenta três novas estratégias de controle discreto. O enfoque principal do trabalho foi dado ao Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD) aplicados em sistemas que possuem atraso no processamento do sinal de controle. As novas estratégias de controle objetivam a elaboração de leis de fácil implementação prática e que ao mesmo tempo sejam robustas a incertezas da planta. Uma característica destas novas abordagens para controle discreto com atraso no tempo é a utilização de um Controle com Modos Deslizantes sem a necessidade de predição do sinal de controle. Os métodos de projeto propostos podem ser aplicados no controle de plantas estáveis ou instáveis com atraso no sinal de controle. Uma das estratégias foi elaborada para realizar controle apenas em sistemas discretos que não possuem atraso no sinal de controle, enquanto que as demais são utilizadas para controle em sistemas com atraso. São apresentadas simulações e resultados de implementações práticas, sobre uma planta estável de Controle Automático da Geração (CAG) e sobre um Sistema Pêndulo Invertido, que caracteriza bem uma planta instável. Os resultados comprovam a eficácia dos novos controladores. / Abstract: This work presents three new strategies of discrete-time control. The main focus of the work was given to the Sliding Mode Control (SMC) applied in systems that present delay in the processing of the control sign. The new control strategies provide laws of control of easy practical implementation and that at the same time are robust to uncertainties of the plant. A characteristic of these new approaches, for discrete-time control with delay-time, is the use of a Sliding Mode Control without the need of prediction of the control signal. The proposed design methods can be applied in the control of stable or unstable plants, with delay in the control signal. One of the strategies was elaborated to accomplish control just in discrete-time system without delay-time in the control sign, while the others are used for control in systems with delay-time. Simulations and experimental results are shown on a stable plant of Automatic Generation Control (AGC) and on Inverted Pendulum System, that is an unstable plant. The results prove the controllers' effectiveness. / Doutor

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Francisco ECS.pdf: 506907 bytes, checksum: 18aec97ada610a2463e9ec18636426e1 (MD5) Previous issue date: 2006-01-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / This work shows a study about the Generalized Predictive Controllers with Restrictions and their implementation in physical plants. Three types of restrictions will be discussed: restrictions in the variation rate of the signal control, restrictions in the amplitude of the signal control and restrictions in the amplitude of the Out signal (plant response). At the predictive control, the control law is obtained by the minimization of an objective function. To consider the restrictions, this minimization of the objective function is done by the use of a method to solve optimizing problems with restrictions. The chosen method was the Rosen Algorithm (based on the Gradient-projection). The physical plants in this study are two didactical systems of water level control. The first order one (a simple tank) and another of second order, which is formed by two tanks connected in cascade. The codes are implemented in C++ language and the communication with the system to be done through using a data acquisition panel offered by the system producer / Este trabalho apresenta um estudo sobre Controladores Preditivos Generalizados com Restri??es e sua implementa??o em plantas f?sicas. Ser?o abordados tr?s tipos de restri??es: restri??es na taxa de varia??o do sinal de controle, restri??es na amplitude do sinal de controle e restri??es na amplitude do sinal de sa?da (resposta da planta). No controle preditivo, a lei de controle ? obtida pela minimiza??o de uma fun??o objetivo. Para poder levar em conta as restri??es, esta minimiza??o da fun??o objetivo ? feita pela utiliza??o de um m?todo para solu??o de problemas de otimiza??o com restri??es. O m?todo escolhido foi o algoritmo de Rosen (baseado na proje??o do gradiente). As plantas f?sicas em estudo s?o dois sistemas did?ticos de controle de n?vel (d?gua), um de primeira ordem (um tanque simples) e outro de segunda ordem, sendo formado por dois tanques acoplados em cascata. Os c?digos s?o implementados em linguagem C++ e a comunica??o com o sistema ? feita por meio de uma placa de aquisi??o de dados fornecida pelo fabricando dos sistemas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Technological advances in electromechanical sensor and actuators, energy storage, data processing and control methodology made possible the development of unmanned aerial vehicles (UAVs). The quadrotor has emerged as one of these research platforms due to its mechanical simplicity, high maneuverability, as well as its capability of hovering and perform vertical take-off and landing. However, such vehicle presents some challenging issues to control area, like: nonlinearity, time-varying behavior, in addition it belongs to the class of underactuated mechanical systems, and it is subject to aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. Therefore, this dissertation has as main objective, contribute to development and control strategies implementation to solve the positioning and path tracking problems of unmanned aerial vehicles, focusing on an underactuated mechanical system. In order to obtain a dynamic model that represents the aerial vehicle properly and realistically, the motion equations were developed based on the physics laws that define the mechanical system. The model we obtained is decoupled, thus we consider the presence of two subsystems, the rotational and the translational ones. A cascade control strategy was implemented, so that, a model predictive control (MPC) was developed to the altitude and orientation control of the aerial vehicle. However, the positioning control along the xy axis was performed through a proportional integral derivative control (PID). Such strategies allowed a smooth path tracking, beyond the possibility of dealing with physical constraints of the system. In order to assess the robustness of the control structure shown, we performed flight simulations under the presence of aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. / Avanços tecnológicos em sensores e atuadores microeletromecânicos, no armazenamento de energia, no processamento de informações e em metodologias de controle possibilitaram o desenvolvimento dos veículos aéreos não tripulados (VANT s). O quadricóptero tem emergido como uma destas plataformas de pesquisa devido a sua simplicidade mecânica, a alta manobrabilidade, bem como a capacidade de realizar pairagem e decolagens e pousos verticais. Contudo, tal veículo apresenta algumas características desafiadoras para a área de controle, como: não linearidades, comportamento variante no tempo, além de pertencer à classe dos sistemas mecânicos subatuados e estar sujeito a distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. Desta forma, este trabalho possui como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle para solucionar os problemas de posicionamento e rastreamento de trajetória em veículos aéreos não tripulados, focando em um sistema mecânico subatuado. Com o intuito de obter um modelo dinâmico que represente de forma apropriada e realista o veículo aéreo, suas equações de movimento foram desenvolvidas baseando-se nas leis físicas que regem o sistema mecânico. O modelo obtido é desacoplado, portanto, consideramos a existência de dois subsistemas, o rotacional e o translacional. Uma estratégia de controle em cascata foi implementada, de modo que, um controle preditivo baseado em modelo (CPBM) foi desenvolvido para o controle da altitude e da orientação do veículo aéreo. Já o controle de posicionamento no eixo xy foi efetuado através de um controlador proporcional integral derivativo (PID). Tais estratégias permitiram um rastreamento de trajetória suave, além da possibilidade de lidar com as restrições físicas do sistema. Com o intuito de avaliar a robustez da estrutura de controle apresentada, foram realizadas simulações de voo na presença de distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. / Mestre em Ciências

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the present scenario rotating machines have been widely used in industry because of its relative simplicity, constructive robustness and low price. In this context, adequately characterize engine behavior in nominal operating conditions, as this mathematical modeling of these machines becomes interesting and can contribute to the implementation of a predictive control real-time, moreover, there fault detection possibility to, since the engine behavior change will be felt by the identified model. One way to get this mathematical structure is through their experimental data input and output, in order to identify systems is a good option as it studies ways to model and analyze systems, through its information input and output, with the aim of discovering knowledge standards. In this context, the work is to develop a mathematical model using system identification techniques in three phase induction machines through the experimental data with the objective to implement a model apt to behavior anticipate the three-phase induction motor application control for prediction. Moreover, it presents the importance of modeling the rotating machine, moreover, is demonstrated using the method of modeling identification system and a brief justification about ARX and ARMAX models. Also there was performed parametric estimation and then we performed a test to show the performance of the identification of the three-phase induction motor. / No cenário atual as máquinas rotativas têm sido bastante utilizadas nas indústrias, devido a sua relativa simplicidade, robustez construtiva e baixo preço. Neste contexto, caracterizar adequadamente o comportamento do motor operando em condições nominais diários, visto isto a modelagem matemática destas máquinas se torna interessante podendo contribuir para a implementação de um controle preditivo em tempo real, além disso, existe a possibilidade de detecção de falhas, visto que a mudança de comportamento do motor será sentida pelo modelo identificado. Essas falhas se desencadeiam com o envelhecimento e com condições adversas as quais os motores são submetidos ao longo de suas vidas úteis. Uma forma de obter essa estrutura matemática é por meio de seus dados experimentais de entrada e saída, neste intuito a identificação de sistemas é uma boa opção visto que estuda formas de se modelar e analisar sistemas, por meio de suas informações de entrada e saída, com o objetivo de descobrir padrões de comportamento. Neste contexto, o trabalho consiste em elaborar uma modelagem matemática utilizando as técnicas de identificação de sistema em máquinas de indução trifásicas por intermédio dos dados experimentais com o objetivo de implementar um modelo apto a antecipar o comportamento do motor de indução trifásico com aplicação em controle por predição. Além disso, apresenta a importância de se modelar a máquina rotativa, além disso, é demonstrada a metodologia da modelagem utilizando identificação de sistema e uma breve fundamentação sobre os modelos ARX e ARMAX. Também realizou-se a estimação paramétrica e em seguida efetuou-se um teste para mostrar o desempenho da identificação do motor de indução trifásico. / Mestre em Ciências

A pesquisa em redes neurais artificiais (RNAs) está atualmente experimentando um crescente interesse por modelos que utilizem a variável tempo como um grau de liberdade extra a ser explorado nas representações neurais. Esta ênfase na codificação temporal (temporal coding) tem provocado debates inflamados nas neurociências e áreas correlatas, mas nos últimos anos o surgimento de um grande volume de dados comportamentais e fisiológicos vêm dando suporte ao papel-chave desempenhado por este tipo de representação no cérebro [BALLARD et al. (1998)]. Contribuições ao estudo da representação temporal em redes neurais vêm sendo observadas nos mais diversos tópicos de pesquisa, tais como sistemas dinâmicos não-lineares, redes oscilatórias, redes caóticas, redes com neurônios pulsantes e redes acopladas por pulsos. Como conseqüência, várias tarefas de processamento da informação têm sido investigada via codificação temporal, a saber: classificação de padrões, aprendizagem, memória associativa, controle sensório-motor, identificação de sistemas dinâmicos e robótica. Freqüentemente, porém, não fica muito claro até que ponto a modelagem dos aspectos temporais de uma tarefa contribui para aumentar a capacidade de processamento da informação de modelos neurais. Esta tese busca apresentar, de uma maneira clara e abrangente, os principais conceitos e resultados referentes à proposição de dois modelos de redes neurais não-supervisionadas (RNATs), e como estas lançam mão da codificação temporal para desempenhar melhor a tarefa que lhes é confiada. O primeiro modelo, chamado rede competitiva Hebbiana temporal (competitive temporal Hebbian - CTH), é aplicado especificamente em tarefas de aprendizagem e reprodução de trajetórias do robô manipulador PUMA 560. A rede CTH é uma rede neural competitiva cuja a principal característica é o aprendizado rápido, em apenas uma época de treinamento, de várias trajetórias complexas contendo ) elementos repetidos. As relações temporais da tarefa, representadas pela ordem temporal da trajetória, são capturadas por pesos laterais treinados via aprendizagem hebbiana. As propriedades computacionais da rede CTH são avaliadas através de simulações, bem como através da implementação de um sistema de controle distribuído para o robô PUMA 560 real. O desempenho da rede CTH é superior ao de métodos tabulares (look-up table) tradicionais de aprendizagem de trajetórias robóticas e ao de outras técnicas baseadas em redes neurais, tais como redes recorrentes supervisionadas e modelos de memória associativa bidirecional (BAM). O segundo modelo, chamado rede Auto-Organizável NARX (Self-Organizing NARX-SONARX), é baseado no conhecido algoritmo SOM, proposto por KOHONEN (1997). Do ponto de vista computacional, as propriedades de rede SONARX são avaliadas em diferentes domínios de aplicação, tais como predição de séries temporais caóticas, identificação de um atuador hidráulico e no controle preditivo de uma planta não-linear. Do ponto de vista teórico, demonstra-se que a rede SONARX pode ser utilizada como aproximador assintótico de mapeamentos dinâmicos não-lineares, graças a uma nova técnica de modelagem neural, chamada Memória Associativa Temporal via Quantização Vetorial (MATQV). A MATQV, assim como a aprendizagem hebbiana da rede CTH, é uma técnica de aprendizado associativo temporal. A rede SONARX é comparada com modelos NARX supervisionados, implementados a partir das redes MLP e RBF. Em todos os testes realizados para cada uma das tarefas citadas no parágrafo anterior, a rede SONARX tem desempenho similar ou melhor do que o apresentado por modelos supervisionados tradicionais, com um custo computacional consideravelmente menor. A rede SONARX é também comparada com a rede CTH na parendizagem de trajetórias robóticas complexas, com o intuito de destacar as principais diferenças entre os dois ) tipos de aprendizado associativo. Esta tese também propõe uma taxonomia matemática, baseada na representação por espaço de estados da teoria de sistemas, que visa classificar redes neurais não-supervisionadas temporais com ênfase em suas propriedades computacionais. Esta taxonomia tem como principal objetivo unificar a descrição de modelos neurais dinâmicos, facilitando a análise e a comparação entre diferentes arquiteturas, contrastando suas características representacionais e operacionais. Como exemplo, as redes CTH e a SONARX serão descritas usando a taxonomia proposta. / Neural network research is currently witnessing a significant shift of emphasis towards temporal coding, which uses time as an extra degree of freedom in neural representations. Temporal coding is passionately debated in neuroscience and related fields, but in the last few years a large volume of physiological and behavioral data has emerged that supports a key role for temporal coding in the brain [BALLARD et al. (1998)]. In neural networks, a great deal of research is undertaken under the topics of nonlinear dynamics, oscillatory and chaotic networks, spiking neurons, and pulse-coupled networks. Various information processing tasks are investigated using temporal coding, including pattern classification, learning, associative memory, inference, motor control, dynamical systems identification and control, and robotics. Progress has been made that substantially advances the state-of-the-art of neural computing. In many instances, however, it is unclear whether, and to what extent, the temporal aspects of the models contribute to information processing capabilities. This thesis seeks to present, in a clear and collective way, the main issues and results regarding the proposal of two unsupervised neural models, emphasizing how these networks make use of temporal coding to perform better in the task they are engaged in. The first model, called Competitive Temporal Hebbian (CTH) network, is applied specifically to learning and reproduction of trajectories of a PUMA 560 robot. The CTH model is a competitive neural network whose main characteristic is the fast learning, in just one training epoch, of multiple trajectories containing repeated elements. The temporal relationships within the task, represented by the temporal order of the elements of a given trajectory, are coded in lateral synaptic trained with hebbian learning. The computational properties of the CTH network are assessed through simulations, as well ) as through the practical implementation of a distributed control system for the real PUMA 560 robot. The CTH performs better than conventional look-up table methods for robot trajectory learning, and better than other neural-based techniques, such as supervised recurrent networks and bidirectional associative memory models. The second model, called Self-Organizing NARX (SONARX) network, is based on the well-known SOM algorithm by KOHONEN (1997). From the computational view-point, the properties of the SONARX model are evaluated in different application domains, such as prediction of chaotic time series, identification of an hydraulic actuator and predictive control of a non-linear plant. From the theoretic viewpoint, it is shown that the SONARX model can be seen as an asymptotic approximator for nonlinear dynamical mappings, thanks to a new neural modelling technique, called Vector-Quantized Temporal Associative Memory (VQTAM). This VQTAM, just like the hebbian learning rule of the CTH network, is a temporal associative memory techniques. The SONARX network is compared with supervised NARX models which based on the MLP and RBF networks. For all simulations, in each one of the forementioned application domains, the SONARX network had a similar and sometimes better performance than those observed for standard supervised models, with the additional advantage of a lower computational cost. The SONARX model is also compared with the CTH network in trajectory reproduction tasks, in order to contrast the main differences between these two types of temporal associative learning models. In this thesis, it is also proposed a mathematical taxonomy, based on the state-space representation of dynamical systems, for classification of unsupervised temporal neural networks with emphasis in their computational properties. The main goal of this taxonomy is to unify the description of dynamic neural models, ) facilitating the analysis and comparison of different architectures by constrasting their representational and operational characteristics. Is is shown how the CTH and SONARX models can be described using the proposed taxonomy.