Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T12:50:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 286684.pdf: 13590420 bytes, checksum: 9e2232e690d637ecdfb3f9e1c5f772ff (MD5) / Apresenta-se uma metodologia sistemática visando estudar e computar leis de controle para determinadas classes de sistemas não lineares em tempo discreto. Para modelar o sistema não linear utiliza-se do método fuzzy Takagi-Sugeno, descrevendo a planta como a combinação de um certo número de modelos lineares locais. Uma nova técnica de construção exata é proposta, empregando não linearidades contidas em um setor tipo cone limitado, e posteriormente tratando como um problema de estabilidade absoluta. De forma geral, para a planta modelada via fuzzy Takagi-Sugeno são desenvolvidos controladores dinâmicos de ordem completa por realimentação de saídas, com dependência parcial ou total de parâmetros. Uma extensão considerando os efeitos da saturação nas entradas de controle também é tratada. Para os problemas de controle considerados ao longo deste trabalho, são propostos problemas de otimização convexa com restrições descritas em termos de desigualdades matriciais lineares. O objetivo é determinar a maximização da região de estabilidade ou o melhoramento de desempenho com a garantia de estabilidade, dentro da região de validade do modelo fuzzy TS. Exemplos numéricos foram desenvolvidos para ilustrar as potencialidades dos algoritmos propostos.

nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN são novos índices, propostos nesta dissertação, que quantificam o grau de não-linearidade total, estática e dinâmica, respectivamente, de sistemas dinâmicos não- lineares. Estes novos índices permitem responder se é necessária a utilização de controladores não-lineares ou se simples controladores lineares apresentarão desempenho satisfatório. Além disso, se um controlador não- linear se fizer necessário, quais características este deve apresentar. Nesta dissertação é realizado um estudo acerca das metodologias para determinação do grau de não- linearidade de plant as industriais. Entre as encontradas, a que apresenta as melhores potencialidades é estudada em detalhes, tendo seus atributos e deficiências explorados. As deficiências foram sanadas e um novo conjunto de índices é proposto (nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN), o qual, além de apresentar resultados conclusivos em termos quantitativos, também traz novas informações valiosas para a escolha do controlador adequado, como a parcela estática e dinâmica da não- linearidade. A metodologia proposta é aplicada e testada em um conjunto bastante amplo e complementar de possíveis sistemas dinâmicos não-lineares (tais como: pH, reatores químicos e coluna de destilação de alta pureza) onde o comportamento nãolinear já foi explorado na literatura O desenvolvimento e o estudo do comportamento dinâmico de uma planta laboratorial de cinco tanques acoplados são apresentados. Este sistema possui dinâmica e ganhos variáveis, descontinuidades, inversão no sinal do ganho multivariável e diferentes graus de acoplamento, ilustrando de forma simples vários possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. Devido a esta grande versatilidade a planta foi construída e testada, confirmando os comportamentos previstos nos estudos teóricos.

nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN são novos índices, propostos nesta dissertação, que quantificam o grau de não-linearidade total, estática e dinâmica, respectivamente, de sistemas dinâmicos não- lineares. Estes novos índices permitem responder se é necessária a utilização de controladores não-lineares ou se simples controladores lineares apresentarão desempenho satisfatório. Além disso, se um controlador não- linear se fizer necessário, quais características este deve apresentar. Nesta dissertação é realizado um estudo acerca das metodologias para determinação do grau de não- linearidade de plant as industriais. Entre as encontradas, a que apresenta as melhores potencialidades é estudada em detalhes, tendo seus atributos e deficiências explorados. As deficiências foram sanadas e um novo conjunto de índices é proposto (nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN), o qual, além de apresentar resultados conclusivos em termos quantitativos, também traz novas informações valiosas para a escolha do controlador adequado, como a parcela estática e dinâmica da não- linearidade. A metodologia proposta é aplicada e testada em um conjunto bastante amplo e complementar de possíveis sistemas dinâmicos não-lineares (tais como: pH, reatores químicos e coluna de destilação de alta pureza) onde o comportamento nãolinear já foi explorado na literatura O desenvolvimento e o estudo do comportamento dinâmico de uma planta laboratorial de cinco tanques acoplados são apresentados. Este sistema possui dinâmica e ganhos variáveis, descontinuidades, inversão no sinal do ganho multivariável e diferentes graus de acoplamento, ilustrando de forma simples vários possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. Devido a esta grande versatilidade a planta foi construída e testada, confirmando os comportamentos previstos nos estudos teóricos.

nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN são novos índices, propostos nesta dissertação, que quantificam o grau de não-linearidade total, estática e dinâmica, respectivamente, de sistemas dinâmicos não- lineares. Estes novos índices permitem responder se é necessária a utilização de controladores não-lineares ou se simples controladores lineares apresentarão desempenho satisfatório. Além disso, se um controlador não- linear se fizer necessário, quais características este deve apresentar. Nesta dissertação é realizado um estudo acerca das metodologias para determinação do grau de não- linearidade de plant as industriais. Entre as encontradas, a que apresenta as melhores potencialidades é estudada em detalhes, tendo seus atributos e deficiências explorados. As deficiências foram sanadas e um novo conjunto de índices é proposto (nRPN, nRPNSTAT e nRPNDYN), o qual, além de apresentar resultados conclusivos em termos quantitativos, também traz novas informações valiosas para a escolha do controlador adequado, como a parcela estática e dinâmica da não- linearidade. A metodologia proposta é aplicada e testada em um conjunto bastante amplo e complementar de possíveis sistemas dinâmicos não-lineares (tais como: pH, reatores químicos e coluna de destilação de alta pureza) onde o comportamento nãolinear já foi explorado na literatura O desenvolvimento e o estudo do comportamento dinâmico de uma planta laboratorial de cinco tanques acoplados são apresentados. Este sistema possui dinâmica e ganhos variáveis, descontinuidades, inversão no sinal do ganho multivariável e diferentes graus de acoplamento, ilustrando de forma simples vários possíveis comportamentos dinâmicos encontrados em plantas industriais. Devido a esta grande versatilidade a planta foi construída e testada, confirmando os comportamentos previstos nos estudos teóricos.

Este trabalho focalizou o desenvolvimento de um ambiente computacional de projeto para o cálculo de controladores robustos multivariáveis lineares. As sistemáticas de projeto implementadas estão embasadas na teoria H-infinito para projeto de controladores robustos sub-ótimos, na descrição do problema através do método multicritérios conhecido como Método das Desigualdades e em dois algoritmos de busca distintos, a saber, o Processo das Fronteiras Móveis e o algoritmo de Busca Harmônica. Na abordagem apresentada neste trabalho, um controlador H-infinito é calculado para garantir a estabilidade robusta de uma determinada planta; funções de ponderação são calculadas para garantir uma formatação da malha que atenda características de desempenho escolhidas pelo projetista. Os parâmetros dessas funções de ponderação são calculados iterativamente pelos algoritmos de busca até que uma solução seja obtida. A associação dessas técnicas tem como objetivo propiciar ao projetista uma formulação mais ampla do projeto de controladores multivariáveis e utilizar as facilidades proporcionadas pelo uso de sistemas computacionais para automatizar as rotinas de cálculo necessárias durante a etapa de projeto, cujo elevado grau de complexidade pode se tornar extenuante para o projetista, desviando sua atenção e tornando o projeto suscetível a erros. Para validar o programa de projeto desenvolvido, um conjunto de problemas significativos foi selecionado e resolvido usando as ferramentas disponibilizadas para o usuário. Por fim, esses resultados foram comparados àqueles obtidos na literatura referente a controladores robustos.

Este trabalho versa sobre o projeto de um controlador linear robusto multiváriavel para um manipulador robótico com a finalidade de proporcionar precisão e rapidez no posicionamento da extremidade do manipulador. O manipulador robótico de três graus de liberdade com acionamento direto nas juntas (direct drive), objeto de estudo deste trabalho, tem seu modelo dinâmico baseado nas características mecânicas do robô ITA-IEMP; para este sistema ficam evidentes no desempenho efeitos de incertezas devido a variações de massa na estremidade do robô (manipulação de objetos e troca de ferramentas), e movimento em altas velocidades no espaço de trabalho. Os controladores robustos para este sistema foram desenvolvidos utilizando-se teoria de otimização H"infinito" e a abordagem da m-síntese. São realizados testes de desempenho e estabilidade no domínio do tempo com a planta submetida aos controladores convencionais (assim denominados os controladores via ação PID e via método do torque computado) e aos controladores lineares robustos multivariáveis com o intuito de confrontar estas técnicas quando usadas para o posicionamento de manipuladores robóticos sob incertezas. Os estudos de simulação realizados para verificar o desempenho do sistema com os controladores projetados foram auxiliados pelo desenvolvimento de um simulador geral da dinâmica de manipuladores robóticos de elos rígidos seriais (para ambiente SIMULINK do MATLAB), que incorpora a modelagem de adição de massa à extremidade de um manipulador. Este simulador deu início a criação de uma biblioteca de robótica para ambiente SIMULINK.

O presente trabalho apresenta a aplicação de uma formulação de controle preditivo robusto baseado em desigualdades matriciais lineares para o controle de nível do tanque de processo de uma planta piloto industrial sujeita a restrições de amplitude na entrada. A fim de garantir a estabilidade da planta, mesmo diante de possíveis falhas que resultem na introdução de atrasos de tempo adicionais, foram projetados controladores robustos considerando atrasos incertos e restrições na entrada. De modo a obter erro em regime nulo, mesmo na presença de perturbações constantes, foi incluído no controlador uma ação integral. Adicionalmente, empregou-se um procedimento de reinicialização de integrador apresentado na literatura, visando diminuir o sobressinal da resposta transitória. Além disso, um novo critério para a reinicialização de integrador foi proposto, através do uso de uma região de custo garantido, previamente caracterizada por meio da solução de um problema de programação semidefinida. Os resultados, obtidos por meio de simulações e ensaios em bancada, mostram que os controladores robustos projetados proporcionaram estabilidade e rastreamento de referência degrau sem erro de regime, mesmo na presença de atrasos adicionais. Ademais, o procedimento de reinicialização de integrador mostrou-se de valia para redução do sobressinal e do tempo de acomodação, comprovando resultados da literatura que haviam considerado apenas cenários de simulação. Em particular, o novo critério proposto para reinicialização do integrador foi útil para melhorar ainda mais a resposta transitória.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T05:42:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 279930.pdf: 1262618 bytes, checksum: 2cf90ae268a54e34731d063f99ed5681 (MD5) / Sistemas controlados através de redes de comunicação podem ter o desempenho prejudicado devido aos atrasos ocorridos durante a troca de informações entre os componentes do sistema de controle. Usualmente, o compartilhamento do meio de transmissão faz com que estes atrasos sejam variantes no tempo, tornando difíceis a análise e o projeto de controladores que garantam a estabilidade e performance desejados ao processo. De forma geral, o estudo deste tipo de sistemas está relacionado a diferentes áreas de conhecimento, abrangendo desde teoria de controle até as teorias de sistemas de tempo-real e redes de comunicação. Neste trabalho, são abordadas questões relacionadas ao controle e à estabilidade do sistema em malha fechada, assumindo como requisitos básicos algumas características desejadas quanto ao comportamento temporal do sistema de controle via rede. Assim, considera-se a utilização de mensagens que contenham informações temporais relacionadas aos eventos do sistema. No estudo apresentado, faz-se uso de uma representação matemática na forma politópica adicionada de uma incerteza limitada por norma e de uma função de Lyapunov dependente de parâmetro para demonstração de uma condição de estabilidade do sistema em malha fechada, robusta em relação aos atrasos induzidos pela rede de comunicação. Baseando-se nesta condição, propõe-se um método para projeto de controladores por realimentação de estados com ganhos variantes. Ambos os casos, condição de estabilidade e metodologia de projeto, são descritos em termos de desigualdades matriciais lineares. Exemplos numéricos e simulações são apresentados demonstrando a eficácia dos métodos propostos.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225940.pdf: 1864403 bytes, checksum: 60816e08c997618563ef3146bfd46c07 (MD5) / Esta tese trata do problema de controle robusto de sistemas não lineares em relação a variações de parâmetros e/ou incertezas de modelo não estruturadas. Na concepção do controlador não linear robusto aqui proposto, são usadas técnicas de síntese linear H-infinito combinadas à linearização por realimentação robusta. Com esta linearização por realimentação particular, o sistema não linear é transformado em sua aproximação linear em torno de um ponto de operação. A seguir, o controlador linear para este sistema linearizado é obtido pelo método de síntese H-infinito de McFarlane-Glover com loop-shaping, o que permite definir as características de robustez e desempenho desejadas. A estabilidade robusta local do controlador não linear robusto assim definido é demonstrada teoricamente. Além disso, este controlador é avaliado em uma aplicação, a suspensão magnética com 4 pólos, na qual é feita uma comparação com dois outros métodos, e as suas vantagens são destacadas. Como o controlador proposto é restrito aos sistemas cujo estado é conhecido, uma maneira de estendê-lo a outros sistemas, através do uso de observadores de estado, é estudada. O controlador não linear robusto associado a observadores é avaliado em uma aplicação, a suspensão magnética com 1 pólo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T22:17:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 249956.pdf: 2388077 bytes, checksum: b3bf2c66f1c5f7a6667c231ec7a95080 (MD5) / Este trabalho trata da síntese de controladores para sistemas de visão 2D, multicritérios, por posicionamento, para um alvo móvel ou fixo, de uma câmera orientada num plano horizontal, montada sobre um robô móvel não-holonômico. A qualidade das informações fornecidas pelas câmera atuais possibilita a alimentação direta das malhas de controle com os dados visuais do ambiente. O modelo utilizado é o mesmo definido pelo formalismo de funções-tarefa, e utilizam a noção de torsor de iteração, permitindo assim ligar o movimento da câmera à variação dos índices visuais. O objetivo é propor leis de controle que permitam estabilizar a câmera através das informações bidimensionais vindas da imagem, levando em consideração as incertezas com relação à profundidade dos pontos do alvo, das restrições de visibilidade, e das limitações em amplitude das velocidades e acelerações da câmera. O método consiste em satisfazer uma condição de setor modificada, de tal forma que seja levada em conta a saturação da aceleração em malha fechada via um modelo politópico de incertezas. Desta forma são geradas condições construtivas sob a forma de Desigualdades Lineares Matriciais (LMIs). Deste modo, a resolução de problemas de otimização convexa permite maximizar a região de estabilidade associada, e determinar o ganho de realimentação de estados estabilizante. A técnica, primeiramente aplicada a um alvo fixo, é em seguida aplicada a um alvo móvel, considerando a velocidade desconhecida do alvo como uma perturbação limitada em energia. A seguir são apresentados vários resultados de simulação.