Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-03-13T20:33:59Z No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-03-13T21:24:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-13T21:24:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_GuillermoAlvarezBestard.pdf: 9664678 bytes, checksum: 358024e196bf55e45bb81b4815254ad7 (MD5) Previous issue date: 2018-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O processo GMAW é amplamente utilizado na indústria, mas seu controle automático está limitado pela dificuldade existente em medir as principais grandezas do processo e fechar a malha de controle. As condições ambientais adversas dificultam o uso dos sistemas de medição convencionais para obter informações da geometria do cordão de solda. Nestas condições o desenvolvimento do sistema de medição é complexo e o correto desempenho não é garantido. Neste trabalho desenvolvem-se sistemas e ferramentas para coletar os valores das variáveis e fornecer estímulos ao processo de soldagem GMAW convencional com fonte de soldagem de tensão constante, permitindo a estimação da geometria do cordão de solda em um sistema de controle em malha aberta. Os estimadores da penetração e a largura do cordão são implementados baseados na fusão dos dados termográficos, a intensidade da corrente e a tensão de soldagem em uma rede neural. Desenvolveu-se um algoritmo para extrair as caraterísticas da imagem infravermelha e para fornecer essas informações aos estimadores. Para validar os modelos dos estimadores foi implementado um perfilômetro a laser para obter as dimensões externas do cordão de solda e um algoritmo de processamento de imagem para medir a penetração fazendo um corte longitudinal no cordão. Os resultados obtidos são documentados e discutidos no texto. Este trabalho também inclui uma proposta de projeto para um emulador robótico de soldagem orbital e seu sistema de controle multivariável para controlar a geometria do cordão de solda utilizando os estimadores desenvolvidos. Os algoritmos são otimizados para dispositivos embarcados e processamento em tempo real. / The GMAW process is widely used in industry, but the automatic control is limited by the difficulty in the process for measuring the main magnitudes and for closing the control loop. Adverse environmental conditions in the process make it harder to use conventional measurement systems to obtain information about the weld bead geometry. Under these conditions, the control system design is complex and good performance is not guaranteed. In this research, systems and tools were developed to collect the values of the welding variables and send stimuli to the GMAW conventional process with constant voltage power source, which us allows to estimate the geometry of the weld bead in an open-loop control. The depth and width estimates of the weld bead are implemented based on the fusion of the thermographic data, the welding current and the welding voltage in a neural network. An algorithm was developed to extract the features of the infrared image and deliver this information to the estimators. To validate the estimator models, a laser profilometer was implemented to measure the external dimensions of the bead and an image processing algorithm to measure the depth by making a longitudinal cut in the weld bead. The results obtained are documented and discussed in the text. This work also includes a design proposal for a robotic orbital welding emulator and its multivariable control system to control the geometry of the weld bead using the developed estimators. The algorithms are optimized for embedded devices and real-time processing.

Demonstrou-se pela primeira vez que é possível determinar surfactantes e água em formulações de Sabonetes Líquidos (SL) e Shampoos (SH), direta e simultaneamente pela técnica de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) acoplada à uma cela de reflectância total atenuada (ATR). Tradicionalmente, a principal aplicação do infravermelho médio (2,50 - 15,0 µm) é a identificação de compostos orgânicos. O desenvolvimento de novos acessórios, principalmente de ATR, os avanços na área de microinformática e de métodos quimiométricos, vem viabilizando as análises quantitativas rápidas com excelentes resultados mesmo em meio aquoso. A determinação simultânea de surfactantes em formulações por FTIR-ATR é investigada em detalhes nesta tese. Dentre os surfactantes utilizados, o Lauril Éter Sulfato de Sódio (LESS) e a Cocoamidopropil Betaína (CAPB) são comuns em ambas as formulações, sendo a Coco Dietanolamida (CDEA) empregada em shampoo e o Alquilpoliglicosídeo (APG) em sabonete líquido. Espectros de absorbância de amostras padrão e de verificação foram adquiridos na região do infravermelho médio (800-1600 e 1900-3000 cm-I). Para a regressão de mínimos quadrados clássicos (CLSR), selecionou-se 200 números de onda, enquanto que para a regressão de mínimos quadrados inversos (ILSR), apenas 10. Nas regressões de componentes principais (PCR) e de mínimos quadrados parciais (PLSRI e PLSR2), utilizaram-se de 300 à 1100 números de onda. Dois conjuntos de amostras padrão foram preparados, o primeiro, contendo 27 misturas padrão, foi estudado somente pelos métodos CLSR e ILSR, enquanto que o segundo conjunto, contendo 48 amostras padrão, foi avaliado por todos os métodos mencionados acima. A seleção das regiões de quantificação favoreceu números de onda dos componentes minoritários CAPB, APG e CDEA e resultados satisfatórios foram encontrados para 18 amostras de shampoo e sabonete líquido. Interferentes como NaCl e perfume foram incluídos no segundo conjunto e os métodos PCR e PLSR proporcionaram melhores resultados. Os erros relativos (RSEP%) para água (correspondendo a 84-88% do produto) e LESS (6-10%) não excederam 1%; para CAPB (<3%) e CDEA (<2%), o RSEP% situou-se entre de 2-4% e para APG (<3%), não excedeu 5%. Avaliações do processo de normalização, repetibilidade, vulnerabilidade a interferentes (perfumes), redução no número de padrões de calibração foram conduzidos, encontrando-se resultados satisfatórios para todos os casos, com erro relativo inferior à 5,0%. Um dispositivo simples para injeção direta da amostras no acessório de ATR foi construído, permitindo aumentar a freqüência analítica de 20 para 60 análises por hora. / It is demonstrated for the first time that the principal constituents of a shampoo as well as of a liquid soap -three surfactants and water- can be determined directly, simultaneously and quickly in undiluted samples by Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy in the middle infrared region, despite the broad absorption bands ofthe solvent. The main application of the middle infrared (2,50 - 15,0 µm) was the identification of organic compounds. The development of new accessories, such as ATR, and the advance of computers and chemometrics, extended the technique to quantitative analysis, with excellent results. The simultaneous determination of surfactants in shampoos and liquid soap formulations by FTIRA TR is investigated in detail in this thesis. Two of the surfactants, sodium lauryl ether sulfate (LESS) and cocoamidopropyl betaine (CAPB) are common to both formulations; alkylpolyglucoside (APG) is the third surfactant of the liquid soap and cocodiethanolamide (CDEA), the corresponding ingredient of the shampoo. Absorbance data of the undiluted verification samples and calibration standards was collected in the middle infrared region of the spectrum (800-1600 and 1900-3000 cm-1). Five methods of multivariate quantification were compared: Classical Least Squares Regression (CLSR), where absorbance data measured at 200 wavenumbers was processed, Inverse Least Squares Regression (ILSR), were data at 10 selected wavenumbers was analyzed, Principal Components Regression (PCR), and Partial Least Squares Regression, which has two different approaches, PLSR1 and PLSR2. Two sets of standard samples were prepared for the method calibration. The first one, consisting of 27 standard mixtures, was evaluated by the CLSR and ILSR methods; a second set, with 48 standards, was evaluated by all the methods mentioned above. Potential interfering, such as NaCI and perfume, were inc\\uded in this second set. By favoring wavenumbers where absorption bands of the minor components (CAPB in both formulations, APG in the liquid soap and CDEA in the shampoo) are more intense, good results were obtained for 18 simulated samples of shampoo and 18 samples of liquid soap. For the second set, PCR and PLSR methods were most favorable; relative errors (RSEP%) for water (major component, 84-88%) and LESS (6-10%) did not exceed 1%; for CAPB (<3%) and CDEA(<2%), RSEP% of 2-4% were observed, and for APG(<3%), 5% was not exceeded. Tests for repeatability, normalization performance evaluation, effect of interferents presented favorable results. A simple device for direct sample injection was designed and evaluated. It permitted an increase ofthe analytical frequency from 20 to 60 samples per hour.

Demonstrou-se pela primeira vez que é possível determinar surfactantes e água em formulações de Sabonetes Líquidos (SL) e Shampoos (SH), direta e simultaneamente pela técnica de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) acoplada à uma cela de reflectância total atenuada (ATR). Tradicionalmente, a principal aplicação do infravermelho médio (2,50 - 15,0 µm) é a identificação de compostos orgânicos. O desenvolvimento de novos acessórios, principalmente de ATR, os avanços na área de microinformática e de métodos quimiométricos, vem viabilizando as análises quantitativas rápidas com excelentes resultados mesmo em meio aquoso. A determinação simultânea de surfactantes em formulações por FTIR-ATR é investigada em detalhes nesta tese. Dentre os surfactantes utilizados, o Lauril Éter Sulfato de Sódio (LESS) e a Cocoamidopropil Betaína (CAPB) são comuns em ambas as formulações, sendo a Coco Dietanolamida (CDEA) empregada em shampoo e o Alquilpoliglicosídeo (APG) em sabonete líquido. Espectros de absorbância de amostras padrão e de verificação foram adquiridos na região do infravermelho médio (800-1600 e 1900-3000 cm-I). Para a regressão de mínimos quadrados clássicos (CLSR), selecionou-se 200 números de onda, enquanto que para a regressão de mínimos quadrados inversos (ILSR), apenas 10. Nas regressões de componentes principais (PCR) e de mínimos quadrados parciais (PLSRI e PLSR2), utilizaram-se de 300 à 1100 números de onda. Dois conjuntos de amostras padrão foram preparados, o primeiro, contendo 27 misturas padrão, foi estudado somente pelos métodos CLSR e ILSR, enquanto que o segundo conjunto, contendo 48 amostras padrão, foi avaliado por todos os métodos mencionados acima. A seleção das regiões de quantificação favoreceu números de onda dos componentes minoritários CAPB, APG e CDEA e resultados satisfatórios foram encontrados para 18 amostras de shampoo e sabonete líquido. Interferentes como NaCl e perfume foram incluídos no segundo conjunto e os métodos PCR e PLSR proporcionaram melhores resultados. Os erros relativos (RSEP%) para água (correspondendo a 84-88% do produto) e LESS (6-10%) não excederam 1%; para CAPB (<3%) e CDEA (<2%), o RSEP% situou-se entre de 2-4% e para APG (<3%), não excedeu 5%. Avaliações do processo de normalização, repetibilidade, vulnerabilidade a interferentes (perfumes), redução no número de padrões de calibração foram conduzidos, encontrando-se resultados satisfatórios para todos os casos, com erro relativo inferior à 5,0%. Um dispositivo simples para injeção direta da amostras no acessório de ATR foi construído, permitindo aumentar a freqüência analítica de 20 para 60 análises por hora. / It is demonstrated for the first time that the principal constituents of a shampoo as well as of a liquid soap -three surfactants and water- can be determined directly, simultaneously and quickly in undiluted samples by Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy in the middle infrared region, despite the broad absorption bands ofthe solvent. The main application of the middle infrared (2,50 - 15,0 µm) was the identification of organic compounds. The development of new accessories, such as ATR, and the advance of computers and chemometrics, extended the technique to quantitative analysis, with excellent results. The simultaneous determination of surfactants in shampoos and liquid soap formulations by FTIRA TR is investigated in detail in this thesis. Two of the surfactants, sodium lauryl ether sulfate (LESS) and cocoamidopropyl betaine (CAPB) are common to both formulations; alkylpolyglucoside (APG) is the third surfactant of the liquid soap and cocodiethanolamide (CDEA), the corresponding ingredient of the shampoo. Absorbance data of the undiluted verification samples and calibration standards was collected in the middle infrared region of the spectrum (800-1600 and 1900-3000 cm-1). Five methods of multivariate quantification were compared: Classical Least Squares Regression (CLSR), where absorbance data measured at 200 wavenumbers was processed, Inverse Least Squares Regression (ILSR), were data at 10 selected wavenumbers was analyzed, Principal Components Regression (PCR), and Partial Least Squares Regression, which has two different approaches, PLSR1 and PLSR2. Two sets of standard samples were prepared for the method calibration. The first one, consisting of 27 standard mixtures, was evaluated by the CLSR and ILSR methods; a second set, with 48 standards, was evaluated by all the methods mentioned above. Potential interfering, such as NaCI and perfume, were inc\\uded in this second set. By favoring wavenumbers where absorption bands of the minor components (CAPB in both formulations, APG in the liquid soap and CDEA in the shampoo) are more intense, good results were obtained for 18 simulated samples of shampoo and 18 samples of liquid soap. For the second set, PCR and PLSR methods were most favorable; relative errors (RSEP%) for water (major component, 84-88%) and LESS (6-10%) did not exceed 1%; for CAPB (<3%) and CDEA(<2%), RSEP% of 2-4% were observed, and for APG(<3%), 5% was not exceeded. Tests for repeatability, normalization performance evaluation, effect of interferents presented favorable results. A simple device for direct sample injection was designed and evaluated. It permitted an increase ofthe analytical frequency from 20 to 60 samples per hour.

Submitted by Rosana Moreira (rosanapsm@outlook.com) on 2018-07-10T19:27:52Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Investigacao_Estrategias_Controle.pdf: 3206761 bytes, checksum: fe3adbbfd99786e8195cd3ab15a6fb5b (MD5) / Approved for entry into archive by Luciclea Silva (luci@ufpa.br) on 2018-07-18T16:20:55Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Investigacao_Estrategias_Controle.pdf: 3206761 bytes, checksum: fe3adbbfd99786e8195cd3ab15a6fb5b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-18T16:20:55Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Tese_Investigacao_Estrategias_Controle.pdf: 3206761 bytes, checksum: fe3adbbfd99786e8195cd3ab15a6fb5b (MD5) Previous issue date: 2018-02-05 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Os sistemas conversores de potência CC/CC, são dispositivos fundamentais amplamente utilizados em diversos setores da sociedade. Neste sentido, novas topologias de conversores CC/CC estão sendo desenvolvidas, a fim de proporcionar melhorias no desempenho destes equipamentos, de modo a reduzir perdas e melhorar a qualidade da conversão de energia. No entanto, em prol de proporcionar tais melhorias, não se deve apenas avaliar as topologias de conversores, torna-se necessário observar rigorosamente as estratégias de controle que possibilitem o funcionamento do dispositivo de forma adequada. Em especial, esta tese trata acerca de uma investigação experimental do desenvolvimento de um projeto de controlador multivariável robusto descentralizado, visando projetar uma matriz de transferência de controle, contendo apenas os elementos da diagonal principal e levando em consideração uma família de incertezas paramétricas. Tal investigação será aplicada em uma topologia de conversor de potência CC/CC multivariável do tipo Buck, onde para esta topologia compartilha-se apenas um elemento indutivo. Deste modo, torna-se de fundamental importância proporcionar a estabilidade do sistema conversor, bem como realizar a regulação adequada do dispositivo. No entanto, algumas dificuldades estão presentes, como: forte acoplamento das saídas, não linearidades fortes devido à presença do elemento indutivo, além das incertezas decorrentes de imprecisões no modelo matemático e variações nos valores nominais dos elementos discretos que compõem o sistema. Com o intuito de avaliar o desempenho da metodologia robusta proposta, constituiu-se experimentos com relação a variações paramétricas no conversor CC/CC, tais experimentos foram avaliados em um ambiente experimental, bem como via simulação utilizando o ambiente computacional Matlab. Os resultados obtidos confirmam o bom desempenho do projeto proposto. / The DC/DC power converter systems are important devices to use in several applications in many sectors of the society. For this reason, several DC/DC converter topologies are developed to improve the performance of devices, aiming at reducing losses and improving the converter energy quality. However, such improvements should assess the control strategies that enable the correct functioning of the power converters. This works covers experimental assessment of the design of robust decentralized multivariable controller applied to a specific topology of the multivariable step-down power converter, where a single inductor element is shared by multiples outputs. Furthermore, it is important to ensure the system stability, as well as the multiple outputs regulations, however some difficulties remains, e.g., hard coupling between system’s outputs, non-linearities due to the inductive element and uncertainties due to imprecision of mathematical models and/or variation of nominal values of the discrete elements that compose the DC/DC converter. Aiming to assess the performance of the proposed design methodology for a multivariable robust controller, to perform experiments of parametric variations on the DC/DC power converter, it is developed several experimental tests and simulations using the Matlab. The results show the improved performance of the proposed methodology.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:57:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissFJG.pdf: 1791684 bytes, checksum: b9fe91e0b1ce0a26bc778dae17796046 (MD5) Previous issue date: 2005-08-19 / Financiadora de Estudos e Projetos / With the reduction of vineyards in São Roque, the wine industry of this region has been seeking for alternatives to produce common wine with low cost. In the present work, wine production from Italia grape obtained at the Góes Wine-cellar (São Roque SP) with the wild yeast and the selected yeast (Y-904 Mauriferm from COATEC) was studed. Following a 22 factorial design complemented with a star configuration 44 experiments were carried out in bench scale bioreactors with 1 L working volume, whose fermentation conditions were initial pH values of 2.8, 3.0, 3.3, 3.6 and 3.8 and temperatures of 18, 20, 24, 28 and 30oC, being 22 with and 22 without skin. These experiments permitted to study the influence of initial pH and temperature in the ethanol and glycerol formation during turbulent fermentations in the presence and absence of skin. Besides, the advantages and disadvantages of the selected yeast in comparison to the wild yeasts were also evaluated. The results showed that high ethanol production from the Italia grape variety could be achieved, reaching up to 10 °GL. It was also observed a strong influence of the skin presence during the fermentation, but the wine made in the absence of skin produced colorless white wines with more pleasant flavours than the wines made in presence of skin. Furthermore, was observed that the wild yeast showed higher yield in converting sugar to alcohol than the selected yeast, however the later made higher glycerol concentration than the former. It was also noticed that the optimization results were consistent to the experimental ones. The feasibility of implementing the fermentation in the absence of skin as well as of employing the selected yeast in real production conditions was investigated by perfoming experiments in 1000L vats of Goes Wine-cellar. The results attained were compatible with the ones from the bench scale experiments. However, smaller values for the final ethanol concentration were observed as a consequence of the lack of temperature control, which caused more losses of ethanol due to evaporation. The major contribution of the present work, tested in the lab experiments and confirmed in the fermentations carried out at the Wine-cellar, is the development of a simple method for skin removal prior fermentation, which resulted in an important improvement in the quality of white wine made from Italia grape. / Com a redução do plantio de uvas em São Roque (SP), as vinícolas da região vem buscando alternativas para a produção de vinhos comuns com baixo custo. No presente trabalho estudou-se a produção de vinho proveniente da uva Itália obtida na Vitivinícola Góes (São Roque) com leveduras selvagens (obtidas nas dornas da própria vinícola) e leveduras selecionadas secas e ativas Mauriferm® Y-904 da COATEC. Seguindo um planejamento fatorial 2² ampliado com expansão estrela foram realizados 44 ensaios em biorreatores de bancada com volume de trabalho de 1L, cujas condições de fermentação foram pH iniciais de 2,8, 3,0, 3,3, 3,6 e 3,8 e temperaturas de 18, 20, 24, 28 e 30oC, sendo 22 com e 22 sem a presença da casca. Esses ensaios permitiram investigar a influência da temperatura e do pH inicial na formação de etanol, glicerol e acidez volátil durante fermentações realizadas na presença e ausência da casca, além disso, avaliar as vantagens e desvantagens das leveduras selecionadas frente às leveduras selvagens. Os resultados mostraram ótima produção de etanol nas fermentações com uva Itália, obtendo-se aproximadamente 10°GL. Observou-se também forte influência da presença ou não da casca durante a fermentação, pois os vinhos produzidos na ausência de casca apresentavam coloração menos amarelada e um aroma mais agradável do que o produzido com a casca. Além disso, observou-se que as leveduras selvagens apresentaram maior rendimento na transformação de açúcar em álcool do que as leveduras selecionadas, entretanto as últimas produziram maior teor de glicerol do que as primeiras. Também se notou que a otimização apresentou resultados coerentes com os obtidos nos experimentos. A viabilidade de implementar a fermentação na ausência de casca e de utilizar a levedura selecionada em condições reais de produção foi investigada em ensaios realizados na Vitivinícola Góes em dornas de 1000 L. Os resultados obtidos foram compatíveis com os dos ensaios de bancada, porém foram atingidos menores valores para a concentração final de etanol em decorrência da ausência de controle de temperatura que provoca maiores perdas de etanol por evaporação. A maior contribuição do presente trabalho, testada nos ensaios de bancada e confirmada nas fermentações realizadas na Vinícola, é o desenvolvimento de um método simples de remoção da casca antes da fermentação, que resulta em melhorias significativas na qualidade do vinho branco produzido a partir da uva Itália.

o trabalho tem como objetivo o estudo e a aplicação da técnica de hardware-in-the-loop como uma ferramenta de suporte no processo de desenvolvimento de uma mão artificial robótica. Os esforços se concentram no desenvolvimento de um ambiente computacional e um ambiente experimental para trabalharem em conjunto e simultaneamente. No ambiente computacional foi desenvolvido o modelo do sistema simulado em tempo real. No ambiente experimental, partes do protótipo da mão robótica foram implementadas. Em ambos os casos, foram desenvolvidos e empregados um controlador seguidor multivariável. Adotando este tipo de abordagem, partes do sistema simulado em tempo real poderão ser substituídas - à medida de suas necessidades - por partes físicas, como por exemplo: sensores, atuadores e novos hardwares de controle, possibilitando uma considerável redução de investimento em hardware e de tempo de projeto. / The purpose of this work is the study and the application of the hardware-in-the-loop technique as a support tool in the development process of an artificial robotic hand. The efforts concentrate on the development of a computational and experimental environment to work together and simultaneously. In the computational environment, the simulated system model was developed in real-time. In the experimental environment, prototype parts of the robotic hand were implemented. In both cases, a multivariable controIler was developed and utilized. By adopting this approach, parts of the system simulated in real time can be substituted - according to the needs - by physical parts, such as: sensors, actuators, and new control hardware, allowing a considerable investment reduction in hardware and in time of project.

A aplicação de técnicas de controle multivariáveis com o auxílio de ferramentas computacionais vem sendo bastante empregada em projetos de sistemas de controle complexos, que tem como base o conceito de variáveis de estado. Neste trabalho, visamos desenvolver um sistema de controle seguidor com realimentação de estados para um protótipo de um sistema de hélices paralelas onde a dinâmica é não linear e possui três graus de liberdade sendo dois graus de liberdade controlados. Serão utilizados dois modelos matemáticos: um modelo linear e um modelo não linear. A representação linear será utilizada para gerar as matrizes de ganho do sistema de controle. O modelo não linear é obtido através de prototipagem virtual no ambiente de desenvolvimento ADAMS®, que utiliza técnicas de modelagem de sistemas multicorpos para a obtenção das equações dinâmicas do movimento. Em seguida o modelo não linear é exportado para o ambiente de simulações em MATLAB®. A simulação é utilizada para verificar se a técnica de controle linear utilizada tem a capacidade de controlar o sistema não linear e analisar o comportamento do conjunto controlador mais a planta não linear já que está sendo feita atribuição de auto-estrutura completa. Os resultados obtidos ilustram o desempenho e a eficiência da metodologia proposta. / The application of multivariable control techniques with the aid of computing tools has been largely used in projects of complex control systems that are based on the concept of state-variables. The objective of this paper is to show the development of a tracking-system with state-feedback for a prototype of a parallel propeller system presenting nonlinear dynamics with three degrees-of-freedom but having only two controlled. Two mathematical models are used: a linear model and a nonlinear model. The linear representation is used to design the gain matrices of the linear control system. The nonlinear model is obtained through the virtual prototyping environment system ADAMS®, using modeling techniques of multi-body systems to obtain the dynamic motion equations. Then, the nonlinear model is exported to SIMULINK® (MATLAB®). The simulation is used to verify if the applied linear control techniques are able to control the nonlinear model and to analyze the system behavior (control system plus nonlinear plant). The design of the control system is done using the entire eigenstructure assignment technique. The results show the performance and the efficiency of the proposed methodology.

o trabalho tem como objetivo o estudo e a aplicação da técnica de hardware-in-the-loop como uma ferramenta de suporte no processo de desenvolvimento de uma mão artificial robótica. Os esforços se concentram no desenvolvimento de um ambiente computacional e um ambiente experimental para trabalharem em conjunto e simultaneamente. No ambiente computacional foi desenvolvido o modelo do sistema simulado em tempo real. No ambiente experimental, partes do protótipo da mão robótica foram implementadas. Em ambos os casos, foram desenvolvidos e empregados um controlador seguidor multivariável. Adotando este tipo de abordagem, partes do sistema simulado em tempo real poderão ser substituídas - à medida de suas necessidades - por partes físicas, como por exemplo: sensores, atuadores e novos hardwares de controle, possibilitando uma considerável redução de investimento em hardware e de tempo de projeto. / The purpose of this work is the study and the application of the hardware-in-the-loop technique as a support tool in the development process of an artificial robotic hand. The efforts concentrate on the development of a computational and experimental environment to work together and simultaneously. In the computational environment, the simulated system model was developed in real-time. In the experimental environment, prototype parts of the robotic hand were implemented. In both cases, a multivariable controIler was developed and utilized. By adopting this approach, parts of the system simulated in real time can be substituted - according to the needs - by physical parts, such as: sensors, actuators, and new control hardware, allowing a considerable investment reduction in hardware and in time of project.

Atualmente, existe uma grande variedade de metodologias de controle que poderiam ser utilizadas e aplicadas a processos industriais. Algumas destas metodologias têm um projeto complexo, exigindo um estudo extra de engenharia para projetar um controlador com um desempenho excelente. Outros controladores não apresentam um desempenho tão bom, embora apresentem um projeto extremamente simples. Entre a mais simples e a mais complexa metodologia, existem soluções de controle intermediárias, baseadas nas teorias de controle ótimo, que apresentam uma relativa simplicidade de projeto combinada com um desempenho superior. A presente tese apresenta a aplicação de duas técnicas de controle aplicadas a uma Rede de Trocadores de Calor (RTC) com bypasses: o controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e o controle H-Infinito, apresentando os resultados obtidos em simulação no Matlab/Simulink e também resultados experimentais. Além disso, foi desenvolvido um procedimento para a validação experimental de um modelo matemático do trocador de calor casco e tubo 1-1 proposto por NOVAZZI (2006). A obtenção dos resultados experimentais foi realizada através de uma RTC em escala piloto, projetada e construída no Laboratório de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI, com a instrumentação necessária e devidamente interconectada a um computador PC através de uma placa de aquisição de dados. A simulação e os ensaios experimentais realizados com os controladores LQR e H-Infinito aplicados na RTC apresentaram resultados adequados quando comparados à dinâmica da RTC em malha aberta (600s.), pois exigiram em torno de 200s. para impor uma mudança de setpoint ou rejeitar os distúrbios aplicados na vazão fria e na temperatura quente de entrada. Além disso, os controladores foram capazes de eliminar as interações entre as variáveis de processo. / Nowadays, there are a lot of different control methodologies that could be used on industrial processes. Some of these methodologies have a complex design and also demands an extra engineering effort to design the controller with a superior performance. Some other controllers may not lead to a desirable performance although they are too easy to design. Midway between the simplest and the most complex controller designs, there are an intermediate solutions based on optimal control theory, that present a relative simplicity in design combined with a superior performance. The contribution of this work is to apply the LQR control (Linear Quadratic Regulator) and the H-Infinity control on a Heat Exchanger Network (HEN) with bypasses, presenting the simulations and the experimental results. An experimental validation of the shell and tube heat exchanger mathematical model was successfully developed based on a procedure proposed. The experimental results were obtained with an HEN assembled on the Chemical Engineering Laboratory located at Centro Universitario da FEI. The instrumentation was adequately performed and the signals were interconnected on PC computer by using a data acquisition card. The simulation and the experimental results with the LQR and the H-Infinity control demanded 200s. to achieve a new steady state hen disturbances or set point variation were applied on the HEN. Compared with the HEN setting time (600s.), the controllers demonstrated reasonable results to perform a disturbance rejection and a set point variation.

Atualmente, existe uma grande variedade de metodologias de controle que poderiam ser utilizadas e aplicadas a processos industriais. Algumas destas metodologias têm um projeto complexo, exigindo um estudo extra de engenharia para projetar um controlador com um desempenho excelente. Outros controladores não apresentam um desempenho tão bom, embora apresentem um projeto extremamente simples. Entre a mais simples e a mais complexa metodologia, existem soluções de controle intermediárias, baseadas nas teorias de controle ótimo, que apresentam uma relativa simplicidade de projeto combinada com um desempenho superior. A presente tese apresenta a aplicação de duas técnicas de controle aplicadas a uma Rede de Trocadores de Calor (RTC) com bypasses: o controle LQR (Regulador Linear Quadrático) e o controle H-Infinito, apresentando os resultados obtidos em simulação no Matlab/Simulink e também resultados experimentais. Além disso, foi desenvolvido um procedimento para a validação experimental de um modelo matemático do trocador de calor casco e tubo 1-1 proposto por NOVAZZI (2006). A obtenção dos resultados experimentais foi realizada através de uma RTC em escala piloto, projetada e construída no Laboratório de Engenharia Química do Centro Universitário da FEI, com a instrumentação necessária e devidamente interconectada a um computador PC através de uma placa de aquisição de dados. A simulação e os ensaios experimentais realizados com os controladores LQR e H-Infinito aplicados na RTC apresentaram resultados adequados quando comparados à dinâmica da RTC em malha aberta (600s.), pois exigiram em torno de 200s. para impor uma mudança de setpoint ou rejeitar os distúrbios aplicados na vazão fria e na temperatura quente de entrada. Além disso, os controladores foram capazes de eliminar as interações entre as variáveis de processo. / Nowadays, there are a lot of different control methodologies that could be used on industrial processes. Some of these methodologies have a complex design and also demands an extra engineering effort to design the controller with a superior performance. Some other controllers may not lead to a desirable performance although they are too easy to design. Midway between the simplest and the most complex controller designs, there are an intermediate solutions based on optimal control theory, that present a relative simplicity in design combined with a superior performance. The contribution of this work is to apply the LQR control (Linear Quadratic Regulator) and the H-Infinity control on a Heat Exchanger Network (HEN) with bypasses, presenting the simulations and the experimental results. An experimental validation of the shell and tube heat exchanger mathematical model was successfully developed based on a procedure proposed. The experimental results were obtained with an HEN assembled on the Chemical Engineering Laboratory located at Centro Universitario da FEI. The instrumentation was adequately performed and the signals were interconnected on PC computer by using a data acquisition card. The simulation and the experimental results with the LQR and the H-Infinity control demanded 200s. to achieve a new steady state hen disturbances or set point variation were applied on the HEN. Compared with the HEN setting time (600s.), the controllers demonstrated reasonable results to perform a disturbance rejection and a set point variation.