Implementação de um Controlador Fuzzy para Controle de Temperatura / Implementation of a Fuzzy Controller for Temperature Control

Diferentes tecnologias são aplicadas em controladores industriais sendo uma delas, os controladores baseados em lógica Fuzzy, onde para sua implantação não requer um conhecimento matemático absoluto do processo, sendo possível desenvolvê-lo partir de conhecimentos e habilidades de especialistas ou de operadores. Com base nisso, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controlador Fuzzy utilizando o software LabVIEW em conjunto com o Arduino® UNO com o objetivo de realizar o controle de temperatura em uma planta experimental didática. Foram realizados testes em diferentes setpoints, com a finalidade de verificar o comportamento do controlador. Os resultados apresentados indicam que a estratégia de controle Fuzzy utilizada foi satisfatória para o controle de temperatura estudado

Conversores Elétricos: Fundamentos, Conceitos e Exemplos/Electrical Converters: Fundamentals, Concepts and Examples

Este trabalho tem como objetivo sintetizar conhecimentos teóricos sobre conversores elétricos e redes elétricas inteligentes. São analisados os tipos de conversores existentes comercialmente e as funções pelas quais estes se aplicam, como também, sua estrutura funcional e seus componentes. É apresentada a aplicação dos conversores CC-CA, inversores de frequência em residências na microgeração de energia. Uma breve introdução e algumas vantagens das Smart Grid de um projeto piloto do Copel com correlação para aplicações dos conversores mostrados. E, finalmente o trabalho se encerra com conclusões e futuros trabalhos

Um Estudo sobre o Controle por Realimentação de Estado com Alocação de Polos em um Pêndulo Furuta / A Study on Control using State Feedback with Pole Placement in a Furuta Pendulum

Este trabalho apresenta o projeto de um controlador por alocação de polos aplicado aos modelos linear e não linear de um pêndulo invertido rotacional (pêndulo Furuta). O controlador foi projetado a partir do modelo linearizado de um pêndulo invertido rotacional em torno de um ponto de operação e tem por finalidade estabilizar o pêndulo na posição vertical invertida. O controlador projetado foi testado nos modelos linear e não linear do sistema por meio de simulações que consideram três condições iniciais distintas, a fim de verificar a eficiência do controlador nas situações propostas. Os resultados apresentados neste trabalho são promissores e indicam que a estratégia de controle utilizada é uma opção válida para este tipo de aplicação

Inteligência artificial aplicada na robótica / Artificial intelligence applied in robotics

A inteligência artificial é uma área multidisciplinar que usa técnicas de programação e procuram simular o problema resolvendo de maneira semelhante ao comportamento humano. Nos últimos anos o poder computacional se expandiu exponencialmente com as técnicas computacionais e, consequentemente, com o número de aplicações no mercado. Este trabalho busca apresentar seus principais conceitos e apresentar algumas das principais aplicações da inteligência artificial na robótica

Analysis, development and control of a platform of movements with 6 degrees of freedom

Nos últimos anos, tem havido grande interesse em estudar manipuladores paralelos, aplicados principalmente em simuladores de voo, com seis graus de liberdade. O interesse em estruturas cinemáticas paralelas é motivado por sua alta rigidez e excelente capacidade de posicionamento em relação às estruturas cinemáticas seriais. Além disso, como os atuadores são posicionados em uma base, eles podem ser aplicados em cargas pesadas e ainda apresentam baixo consumo de energia, tendo em vista que vários atuadores atuam simultaneamente no mesmo corpo. A presente tese apresenta o projeto de três controladores, sendo eles, o controlador H infinito com realimentação de saída, o controlador PID e o controlador Fuzzy, com isto, esta metodologia poderá ser empregada na construção de um futuro simulador de voo. O modelo dos atuadores foi obtido através de uma entrada degrau de tensão nos motores, medindo os seus deslocamentos através dos encoders acoplados, individualmente, a cada um dos respectivos eixos dos motores. Sabendo-se a relação de transmissão do mecanismo de movimento entre o motor e cada haste dos atuadores obtém-se o deslocamento de cada haste a partir da rotação de cada motor medida pelo correspondente encoder e com isso obtém-se o modelo matemático de cada atuador em conjunto com seu sistema de transmissão. Entretanto, na prática, cada atuador é ligeiramente diferente dos outros, o que leva a comportamento e desempenho diferentes entre si. Isso afeta o comportamento da plataforma fazendo com que a trajetória final desejada não possa ser seguida adequadamente, algo que é extremamente necessário em simuladores de voo. Assim, uma das contribuições importantes deste trabalho é, em primeiro lugar, apresentar uma metodologia de padronização das respostas dos atuadores de modo a que todos eles tenham no final, um comportamento igual o mais próximo possível, particularmente em termos de velocidade e de posicionamento. Com os dados da cinemática e da dinâmica da plataforma compondo o modelo completo do sistema foram realizadas várias simulações que aplicadas na plataforma de Stewart real validaram o modelo e mostraram a eficiência das técnicas de controle aplicadas no controle de posição e orientação da plataforma. Para validar o projeto da Plataforma de Stewart como uma possível base de movimento de um simulador de voo, foi implementada a dinâmica longitudinal e lateral de um Boeing 747-100, e com o auxilio de um sensor inercial Xsens® MTi-G, foram realizadas as medições dos ângulos de Euler da Plataforma. Os resultados obtidos pelos três controladores foram satisfatórios e ilustram o desempenho e a robustez da metodologia proposta.In recent years there has been great interest in studying parallel manipulators, mainly applied in flight simulators, with six degrees of freedom. The interest in parallel kinematic structures is motivated by its high stiffness and excellent positioning capability in relation to serial kinematic structures. Furthermore, since the actuators are positioned on a base, they can handle heavy loads and also have low power consumption, considering that several actuators act on the same platform. This thesis presents the design of three controllers, which are, H-infinity controller with output feedback, PID controller and Fuzzy controller, so that this methodology can be employed in building a future flight simulator. The actuators models were obtained by a step voltage input to the engines and measuring their displacements by the encoders that are coupled to each of the respective axes of the motors. Knowing the relation from the motion transmission mechanism between the motor and the spindle of each actuator, the displacement of each spindle is obtained from the rotation of each motor measured by the corresponding encoder and thus we obtain the mathematical model of each actuator together with its transmission system. However, in practice, each actuator is slightly different from others, which leads to different behavior and performance of each. This affects the behavior of the platform making the final desired trajectory cannot be properly followed something that is extremely necessary in flight simulators. Thus, one of the important contributions of this work is first to present a methodology to standardize the actuators responses so that they all have in the end a behavior equal a close as possible, particularly in terms of velocity and positioning. With the kinematics data and platform dynamics composing the complete system model, several simulations applied to the real Stewart Platform validate the model and show the effectiveness of control techniques applied to control the position and orientation of the platform. In order to validate the Stewart Platform design as a possible base for a motion flight simulator, the longitudinal and lateral dynamics of a Boeing 747-100 model were implemented, and with the aid of an inertial sensor Xsens® MTi-G, measurements of the Euler angles of the platform were performed. The results obtained by the three controllers were satisfactory and illustrate the performance and robustness of the proposed methodology

Pitch and yaw control of a parallel propeller system

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

Shaking Table Attached to Magnetorheological Damper: Simulation and Experiments for Structural Engineering

This paper details how to construct a small-scale shaking table attached to a magnetorheological (MR) damper. The motivation for this construction relies on the increasing interest in modeling the dynamics of MR dampers—MR dampers have been used in structures for safety reasons. To model the MR damper, we use the so-called ‘Dahl model’, which is useful to represent systems with a hysteresis. The Dahl model, validated through experimental data collected in a laboratory, was combined with a linear model to represent a two-story building. This two-story building model allows us to simulate the dynamics of that building when its floors are attached to MR dampers. By doing so, we can assess—through simulation—to what extent MR dampers can protect structures from vibrations. Using data from the ‘El Centro’ earthquake (1940), we can conclude that MR dampers have the potential to reduce the impact of earthquakes upon structures. This finding emphasizes the potential benefits of MR dampers for the safety of structures, which is a conclusion taken from the apparatus detailed in this paper

A comparative study among PID structures applied on a Buck converter control

In this work, a state-space model and control of a DC-DC Buck converter, considering a continuous operating, are presented. A PID controller is considered in the strategy, that considers a low pass filter in the derivative term. The proposed model is validated by comparing it with a switched model. The PID gains are obtained by the Ziegler-Nichols method. In order to improve the system’s performance considering an environment containing high-frequency noises, the modified PID controller is implemented with several configurations

Loop-shaping h∞ control of an aeropendulum model

This work presents a mathematical model of an aeropendulum system with two sets of motors with propellers and the design and simulation of a loop-shaping h∞control for this system. In this plant, the objective is to control the angular position of the pendulum rod through the torque generated by the thrust of the motorized propellers at the end of the rod’s axis. The control design is obtained by first using feedback linearization and then designing the h∞ controller using the resulting linear system. For the control strategy validation, simulations were conducted in the Matlab/Simulink® environment, and the weighting functions for the h∞ controller were adjusted to obtain the desired performance and stability of the closed-loop system. The simulation results show the efficiency of the applied methodology