Este trabalho apresenta três sistemas de controle distintos para a atuação em sistemas de tração elétrica traseira em veículos de passeio convencionais convertidos em VEHs (Veículos Elétricos Híbridos) 4x4, enfocando o desenvolvimento de um sistema diferencial eletrônico (SDE). As principais arquiteturas de veículos híbridos são apresentadas. O SDE, que atua em tempo de execução nas velocidades angulares dos pneumáticos traseiros em manobras variadas, depende dos sinais de esterçamento e aceleração impostos pelo condutor, considerando as modelagens cinemática e dinâmica do veiculo no cálculo dos valores de referência para o controlador. Controladores PID modificado, neurofuzzy baseado em inteligência artificial e um H-Infinito ótimo são projetados e detalhados. Uma nova arquitetura para o SDE é proposta e apresentada, visando a utilização de sistemas de controle robustos no problema do SDE, traçando-se um paralelo entre o seu desempenho e das arquiteturas convencionais quando o controlador H-Infinito ótimo assume o controle do SDE. O projeto e o desenvolvimento de um mini-VEH, a plataforma HELVIS (Hybrid ELectric Vehicle In low Scale), são apresentados. A implementação de um simulador veicular denominado HELVIS-SIM, inspirado na plataforma HELVIS, é também apresentada. O SDE, que compreende a arquitetura proposta e os controladores, são embarcados e também implementados no HELVIS-SIM. Resultados simulados obtidos no HELVIS-SIM são analisados. Testes experimentais do SDE na plataforma HELVIS são apresentados, considerando apenas testes de bancada sem o contato dos pneumáticos com o solo. / This work presents the development of three distinct control systems to rear electric traction control on conventional touring vehicles converted on 4WD (four-wheel drive) hybrid electric vehicles (HEVs), focusing on the design of a EDS (Electronic Differential System). Main HEV architectures are presented. The EDS controls the rear wheels angular speeds as the driver inputs steering and acceleration commands, considering both dynamic and kinematic models of the vehicle and so the actuators on the calculus of the desired rear angular speeds. One modied PID controller, one AI (Articial Intelligence) based controller and one robust optimal H \'infinite\' controller are designed and outlined. A new EDS architecture is proposed and presented, aimming the use of robust controllers to the EDS problem, comparing the use of the H \'infinite\' optimal controller to conventional EDS architectures. The design of a mini-HEV, the HELVIS (Hybrid ELectric Vehicle In low Scale) platform is also presented. The implementation of a parametric vehicular simulator, the HELVIS-SIM, is discussed. The EDS, which represents the controllers and the proposed architecture, is evaluated on the HELVIS platform and on the HELVIS-SIM. Simulated results are rst run in the HELVIS-SIM. Experimental results of the EDS tests are presented exclusively considering the evaluation on a bench test, without any contact of the platform with the pavement.

[pt] Nesse trabalho, nós apresentamos novas aplicações para alguns controladores robustos, tais como as abordagens SMC e STA. O principal objetivo é conseguir executar uma navegação autônoma precisa em campos agrícolas, usando robôs móveis com rodas, equipados com uma câmera monocular fixa. Primeiro, nós projetamos uma abordagem de controle robusto baseado em servo-visão, a fim de lidar com imprecisões do modelo e perturbações da trajetória no espaço da imagem. Além disso, uma abordagem de controle robusto baseada em cascata, é aplicada, na qual, a malha de realimentação externo está conectada com uma malha de realimentação interna para lidar com os efeitos de todas as fontes de perturbação. Desse modo, uma abordagem robusta de rastreamento de trajetória, baseada em super-twisting, é aplicada para estabilização de movimento afim de garantir o sucesso da tarefa de seguir uma linha de cultivo considerando os efeitos de derrapagem das rodas e derrapagem lateral do veículo. A plataforma ROS-Gazebo, um simulador de robótica de código aberto, foi utilizada para realização de simulações computacionais 3D usando um robô móvel do tipo differentialdrive e um ambiente ad-hoc projetado para cultivo em linha. A eficácia e a viabilidade dos controladores robustos são avaliadas analisando simulações numéricas e métricas de desempenho, tais como: (i) o Erro Quadrático Médio (EQM) e (ii) o Desvio Absoluto Médio (DAM). Além disso, nós veremos nos resultados, que em geral, só é possível ter estabilidade, utilizando os controladores rosbustos. / [en] In this work, we present a new application for some robust controllers, such as SMC and STA approaches. The main idea is to perform autonomous navigation in agricultural fields accurately using wheeled mobile robots, equipped with a fixed monocular camera . Here, we consider the existence of uncertainties in the parameters of the robot-camera system and external disturbances caused by high driving velocities, sparse plants, and uneven terrains. First, we design a robust image-based visual servoing approach to deal with model inaccuracies and trajectory perturbations in the image space. In addition, a cascade-based robust control approach is applied, in which the outer vision feedback loop is connected with an inner pose feedback loop to deal with the effects of all disturbances sources. Then, a robust trajectory tracking approach based on the super-twisting algorithm is applied for motion stabilization to ensure the successful execution of row crop following tasks under wheel slippage and vehicle sideslip. ROSGazebo platform, an open-source robotics simulator, was used to perform 3D computer simulation using a differential-drive mobile robot and an adhoc designed row-crop environment. The effectiveness and feasibility of the robust controllers are evaluated by analyzing numerical simulations and performance metrics, such as: (i) the root-mean square error (RMSE) and (ii) the mean-absolute deviation (MAD). Furthermore, we will see in results, that in general, it is only possible to have stability, using robust controllers.

[pt] Nos últimos anos, os avanços mais recentes em robótica e suas aplicações têm sido usados para reduzir a carga de trabalho e os requisitos de mão-de-obra, melhorando o ambiente, a saúde e a segurança, particularmente nos sistemas de produção agrícola. Robôs autônomos fazem parte de tal inovação tecnológica e os robôs móveis com esteiras, em particular, têm sido amplamente utilizados em campos agrícolas em todo o mundo, já que suas esteiras proporcionam uma grande área de contato em solos úmidos e terrenos irregulares, evitando que o robô fique preso e melhorando a sua mobilidade. Neste trabalho, aborda-se a modelagem e o controle de robôs móveis com esteiras (Tracked Mobiler Robots, TMRs) para executar tarefas de vigilância em campos agrícolas. A metodologia proposta considera que o modelo cinemático do TMR são incertos devido ao escorregamento inerente entre as esteiras e o terreno. Para lidar com as incertezas de modelagem e perturbações externas, utiliza-se uma estratégia de controle robusto baseada na abordagem de modos deslizantes. Uma interface de usuário móvel (Mobile User Interface, MUI) baseada no sistema operacional Android é desenvolvida para controlar o robô movél com esteiras de forma manual ou autônoma. A partir da MUI, o operador humano pode visualizar as informações capturadas de sensores externos e internos. Simulações numéricas em MATLAB são realizadas para verificar o desempenho do controladores, bem como validar o modelo cinemático do robô, em diferentes configurações iniciais. / [en] In recent years, the latest advances in robotics and its applications have been used to reduce the workload and manpower requirements, improving the environment, health and safety (EHS) conditions, particularly in agricultural production and farming systems. Autonomous robots are part of such technological innovation and Tracked Mobile Robots (TMRs), in particular, have being widely used on agricultural fields around the world, since their tracks provide a large contact area on the wet soils and irregular terrains avoiding the robot to get stuck. In this work, we address the modeling and control design of tracked mobile robots (TMRs) able to perform surveillance tasks in agricultural fields. The proposed methodology considers that the kinematic models of the TMRs are both uncertain due to the inherent slippage between the tracks and the terrain. To deal with the modeling uncertainties and external disturbances, we use the sliding mode control (SMC) approach. A Mobile User Interface (MUI) based on Android operating system. is developed to control the TMR manually or autonomously. By using the MUI the human operator can visualize the information captured from external and internal sensors. Numerical simulations in MATLAB are carried out to verify the performance of the controller as well as validate the robot kinematic model under different configurations.

Made available in DSpace on 2017-07-10T17:11:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Mariana Uzeda2.pdf: 3273824 bytes, checksum: cb0d125fc8aae9dfe673029b5f5a30a5 (MD5) Previous issue date: 2014-08-29 / This work presents a comparative study between four different sliding mode variable structure control strategies (SMVSC) applied to autonomous underwater vehicles (AUV) positioning in 6 DOF, under the influence of wind, waves and marine currents. The addressed strategies are the conventional CEV-MD control based on Lyapunov stability, the CEV-MD control based on the equivalent control, the CEV-MD control based on the input-output stability and the CEVMD adaptive control. The accomplished comparisons seek a satisfactory tradeoff between the tracking performance and the closed-loop system stability in light of eliminating the chattering phenomenon. In that sense, the analysis and synthesis of the respective SMVSC control laws is carried out fromthe Lyapunov Stability Theory and the Barbalat s Lemma. As well as numerical simulations are implemented to obtaining the respective performances of each SMVSC control strategy presented. / Este trabalho apresenta um estudo comparativo entre quatro diferentes estratégias de controle de estrutura variável por modos deslizantes (CEV-MD) aplicadas ao posicionamento de veículos subaquáticos autônomos (VSA) em 6 GDL, sob a influência de ventos, ondas e correntes marinhas. As estratégias abordadas são o controle CEV-MD convencional baseado na estabilidade de Lyapunov, o controle CEV-MD baseado no controle equivalente, o controle CEV-MD baseado na estabilidade entrada-saída e o controle CEV-MD adaptativo. As comparações realizadas visam a eliminação do do fenômeno do chattering buscando um compromisso satisfatório entre o desempenho de rastreamento e a estabilidade do sistema em laço fechado. Nesse sentido, a análise e síntese das respectivas leis de controle CEV-MD é realizada a partir da Teoria de Estabilidade de Lyapunov e do Lema de Barbalat. Assim como simulações numéricas são implementadas para a obtenção dos respectivos desempenhos de cada estratégia de controle CEV-MD apresentada.