[pt] A dissertação Um Framework de Jogos Sérios para Mercado de Informações com Aplicação em Ética Empresarial propõe-se a desenvolver um framework para agilizar o desenvolvimento de jogos, utilizando o modelo de Mercado de Informação. Este consiste, basicamente, em utilizar o senso comum e a sabedoria dos participantes numa estrutura de mercado especulativo cujos objetos negociados são, na verdade, os possíveis resultados do evento em questão. O Mercado de Informação é implementado na forma de bolsa de ações, em que os participantes investem dinheiro na compra de ações, que refletem suas crenças num determinado resultado. O framework tem como foco jogos sérios que objetivam a aplicação, contextualização e enriquecimento do conhecimento do jogador. Assim, o framework permite a configuração e execução de jogos com amplo leque de temas. No contexto desta dissertação, o framework é utilizado para implementar um Mercado de Informação acerca de um conceito amplo e geral, que é a ética nas organizações. Uma ferramenta orientadora quanto à definição de condutas éticas nas organizações, ao oferecer um instrumento que envolve informações no âmbito prático das percepções das pessoas comuns quanto à imagem das empresas e o que elas entendem como elementos mais importantes no sentido de ações éticas. O jogo sério é implementado na forma de um website, com a tecnologia ASP.NET, utilizando o framework para a execução da simulação. / [en] The dissertation A Serious Game Framework for Information Market with Application in Business Ethics focuses on implementing a framework to streamline the development of game using the model of Informational Markets. Basically it consists in using common sense and participants wisdom in a speculative market structure whose objects traded are, in fact, the possible outcomes of the event in question. The Informational Market is implemented in the form of stock exchange, in which participants invest money in buying shares, which reflect their beliefs in a particular outcome. This framework focuses on serious games that aim at the application, contextualization and enrichment of knowledge of the player. The framework allows configuration and running games with a wide range of topics. In the context of this dissertation, the framework is used to implement an Informational Market about a broad and general concept, which is ethics in organizations. A guiding tool when defining ethical conduct in organizations by providing an instrument that involves practical information of the perceptions of ordinary people about the image of companies and about what they perceive as the most important elements in the sense of ethical actions. The serious game is implemented as a website with ASP.NET technology, using the framework to run the simulation.

O presente texto tem por objetivo avaliar diferentes aplicações do algoritmo PLS-PH (Partial Least Squares Prediction Horizon), desenvolvido por (LAURI et al., 2010) para a identificação de sistemas, com o objetivo de desenvolvimento de controladores MPC. Desta maneira, é avaliada a capacidade do algoritmo gerar modelos lineares para realizar predições múltiplos passos à frente, para sistemas SISO e MIMO, com dados coletados em malha fechada. É também avaliada a capacidade do algoritmo de identificar modelos não-lineares baseados na estrutura NARX polinomial. / The objective of this work consists in evaluating different applications of the PLS-PH (Partial Least Squares Prediction Horizon) algorithm, developed by (LAURI et al., 2010), in order to identify models for MPC controllers. The algorithms capacity of producing linear models capable of performing multiple steps-ahead prediction for both SISO and MIMO systems, with data collected in closed-loop. The algorithms capability of identifying non-linear models with the NARX polynomial structure is also evaluated.

O trabalho tem por objetivo propor um controlador automático para servoventiladores em modo de ventilação mandatória sobre a ventilação total do paciente hígido sob o efeito de neuro-bloqueadores. Através da especificação de parâmetros ajustáveis de equipamentos de ventilação mecânica e de modelos do sistema fisiológico humano, chega-se a uma série de requisitos de desempenho para este controlador que venha a desempenhar a função de estabilização da saturação de oxigênio no sangue do paciente intubado. A técnica de controle usada é do tipo preditiva baseada em modelos e, portanto, um modelo linear paramétrico é identificado a partir do modelo não-linear de validação. O controlador foi projetado para pequenas variações em torno do ponto de equilíbrio, utilizando o algoritmo GPC. Através de pequenos ajustes da ventilação total e da fração de oxigênio do ar fornecido às vias aéreas superiores do paciente, o controlador atua sobre o sistema, de forma a atingir e manter um certo grau requerido de saturação de oxigênio no paciente. No final do trabalho, uma análise de robustez é feita como validação de projeto.

O uso de técnicas de Controle Preditivo a um problema de guiamento, baseado no modelo representativo de uma aeronave não tripulada (míssil) em condição real de aplicação e o comparativo do desempenho da técnica clássica de guiamento, Navegação Proporcional, são apresentados neste trabalho. O controlador preditivo empregado determina a sequência de sinais de saída futuros para se alcançar a referência de acordo com os horizontes de controle e predição estabelecidos, substituindo assim as leis de guiamento utilizadas para interceptação que fornecem os comandos para a pilotagem da aeronave. O controlador é implementado no espaço de estados utilizando o modelo linearizado e discretizado da planta, tratando-se de um caso SIMO. O controle dos movimentos do míssil está relacionado ao posicionamento do alvo, que é a referência utilizada pelo controlador. Os parâmetros do controlador preditivo são obtidos empiricamente a partir da análise da influência de cada variável no processo de interceptação. A referência para todo o horizonte de predição é determinada através da obtenção da posição futura do alvo proporcionada pelo uso de algoritmos baseados em filtro de Kalman. A partir das condições reais de operação, ou seja, considerando a existência de ruídos nas medições, o posicionamento atual do alvo é empregado para a determinação de sua localização e velocidade no instante seguinte. O vetor de ganho e as matrizes de covariâncias são calculadas em tempo real, permitindo adaptação do filtro à mudanças no ambiente, tais como variações no erro de medida dos sensores, dependentes da distância do alvo ao sensor. Para os testes realizados, assumiu-se que o movimento do míssil ocorre no plano e é de curta duração. Para fins de validação são realizadas simulações contemplando diferentes cenários. O sistema é avaliado no que diz respeito à capacidade de rejeição a incertezas nas medidas de localização do alvo e robustez para o rastreamento de alvos com movimentos distintos: fixo, velocidade constante e manobrável. Interfaces gráficas são geradas, em ambiente Matlab e, ilustram o resultado obtido em cada um dos cenários considerados.

Este trabalho tem por objetivo avaliar diferentes controladores preditivos para sistemas de ventilação mecânica empregando uma metodologia multi-objetivo. Para isso, é utilizado um modelo para o sistema respiratório, que descreve as trocas gasosas ocorridas nos pulmões, no cérebro e nos tecidos corporais do indivíduo. Restrições foram impostas às variáveis manipuladas tendo em vista valores fisiologicamente aceitáveis. Os controladores foram implementados empregando a técnica de Controle por Matriz Dinâmica (Dynamic Matrix Control, DMC), tendo por finalidade regular a saturação de oxigênio no sangue arterial. Três abordagens foram comparadas: a primeira utiliza a fração inspirada de oxigênio como variável de controle, a segunda utiliza a ventilação total, e a terceira emprega ambas. Os resultados foram avaliados em termos de sensibilidade a ruído de medida e a uma perturbação paramétrica na dinâmica do sistema. Com base em tais critérios, fronteiras de Pareto foram estimadas para as três abordagens consideradas, variando-se os horizontes de predição e controle, bem como o peso do controle na função de custo. Como resultado, observou-se uma superioridade do controlador multivariável.

Durante o desenvolvimento deste trabalho é apresentada a utilização de uma planta tipicamente industrial em procedimentos de modelagem, identificação, detecção de falhas e controle tolerante. Um breve estado da arte é realizado, classificando as técnicas de detecção em 2 grupos com 3 subdivisões. Estes são percentualmente classificados com base em uma amostragem de artigos extraídos do portal CAPES, mostrando uma tendência entre as técnicas. Em seguida esta planta industrial é modelada de modo que técnicas baseadas em modelo possam ser aplicadas. Esta modelagem utilizou de abordagens com estruturas paramétrica linear, não-linear, não-paramétrica e da utilização de curvas características. Com um modelo bastante razoável as técnicas de detecção puderam ser testadas. Inicialmente tratou-se do problema por causalidade de eventos, o que não mostrou-se ideal pois o modelo não pode ser tratado facilmente por eventos, mostrando a importância da escolha da técnica. A presença de invariantes possibilitou a criação de um detector de falhas baseado no conhecimento do processo. Este foi testado em uma malha fechada por um PI projetado em uma aula de laboratório lecionada no ITA. Outro controlador foi implementado para testar a mesma técnica, o Preditivo baseado em Modelo. Deste modo foi possível analisar o detector em uma malha com atuadores cooperativos na presença de falhas múltiplas.

Restrições terminais são tipicamente empregadas em formulações de controle preditivo (Model-based Predictive Control, MPC) para garantia de estabilidade em malha fechada. Contudo, tal garantia é perdida caso o problema de otimização associado não seja factível no instante inicial ou deixe de ser factível devido, por exemplo, à ocorrência de falhas. Neste trabalho, foram investigadas potenciais vantagens de se utilizar uma abordagem de gerenciamento de referência como forma de tratar problemas de não-factibilidade. A abordagem proposta envolve a parametrização do conjunto invariante utilizado como restrição terminal na lei de controle em termos dos valores de equilíbrio dos estados e controles, bem como das restrições sobre as entradas. As leis de controle desenvolvidas foram aplicadas ao modelo de um helicóptero de laboratório por meio de simulações em ambiente Matlab. O principal aspecto investigado foi a tolerância a falhas de atuador, modeladas como alterações de ganho e de limites de excursão do sinal de controle.

A aceitação das estratégias de Controle Preditivo Baseado em Modelo (MPC) na indústria vem crescendo desde seu desenvolvimento em meados da década de 70 até hoje. Características como a capacidade de atender restrições, atuação dependente de modelos, princípio de horizonte móvel, inovaram a teoria de controle de tal modo que atualmente existem diversos algoritmos com esses novos paradigmas. Existem diversas teorias sobre MPC não linear, entretanto, esta dissertação dá ênfase apenas à investigação comparativa de duas linhas de pesquisas distintas sobre controle preditivo neuro-fuzzy, cada qual baseada em diferentes estruturas e propriedades de redes do tipo Takagi-Sugeno. Uma das linhas se refere à possibilidade de interpretar a rede como múltiplos modelos lineares e a outra trata da conveniência de entender a rede como modelo global linear de parâmetros variáveis. Assim sendo, este tema foi escolhido com objetivo de identificar vantagens e desvantagens de cada pesquisa. Sua importância é justificada, pois contribui com informações detalhadas para a seleção de uma abordagem numa aplicação qualquer. No desenvolvimento deste trabalho, as formulações da literatura foram reescritas utilizando as equações no espaço de estado como ferramenta padrão de modelagem. Desta maneira, resultados teóricos foram encontrados ao cotejar os controladores antes mesmo de sua implementação e simulação. Por fim, um estudo de caso de uma planta de processo didática, com três tanques acoplados entre si, foi explicado e modelado, sendo os resultados teóricos verificados por meio de experimentos simulados.

Idealmente, espera-se que uma planta permaneça em operação até a próxima manutenção programada. Para isso, o esforço de controle deve ser distribuído ao longo do tempo de forma que a degradação do atuador não cause sua avaria ou falha. Neste trabalho, assume-se que tal degradação é relacionada com o esforço exercido acumulado ao longo do tempo, sendo avaliada por um índice convenientemente definido que associa o risco de avaria com um valor limiar. Propõe-se então o uso de leis de controle preditivo para mitigar o desgaste do atuador, por meio da imposição de restrições relacionadas com a evolução temporal do índice de degradação. Neste contexto, três abordagens são investigadas. A primeira consiste na limitação da amplitude do controle de modo a garantir que um dado limiar de degradação não seja superado ao final de um horizonte de tempo pré-estabelecido. Na segunda abordagem, emprega-se uma técnica de prognóstico de falha de modo a aprimorar a distribuição do esforço de controle ao longo do tempo. Por fim, a terceira abordagem adota uma estratégia fuzzy para relaxamento da restrição de degradação, a fim de melhorar o desempenho do sistema de controle. Uma análise comparativa das três abordagens é efetuada considerando-se um problema de regulação na presença de perturbações aleatórias. Simulações de Monte Carlo são efetuadas de modo a avaliar o desempenho de regulação, bem como a degradação do atuador. Conclui-se que o segundo controlador é menos conservador que o primeiro devido à inserção do prognóstico de falhas, permitindo que se obtenha uma regulação melhor, ainda obedecendo ao limiar de degradação. A flexibilização da restrição de degradação, através do uso da lógica fuzzy no terceiro controlador, permite que ele seja o mais agressivo dos três, obtendo-se o melhor desempenho de regulação entre os três controladores implementados.

Controladores preditivos possuem como uma de suas vantagens a capacidade de tratar explicitamente restrições lineares. Porém, existem cenários onde as restrições do problema de controle são não lineares. Este trabalho propõe um método para lidar com uma classe de restrições não lineares em um esquema MPC. As fronteiras da restrição são aproximadas por segmentos de reta que são então utilizados para reescrever o problema de otimização em uma forma de programação quadrática inteira mista (MIQP). Um caso particular de interesse consiste em restrições de potência, que podem ser traduzidas em restrições quadráticas na entrada ou variáveis de estado. Para ilustração da abordagem desenvolvida, exemplos de simulação envolvendo o controle de um servomecanismo são apresentados. Os ganhos em performance são investigados comparando-se o controlador proposto com outro que não considera as restrições de potência na otimização.