Algebraic derivative estimation applied to nonlinear control of magnetic levitation.

The subject of this thesis is the real-time implementation of algebraic derivative estimators as observers in nonlinear control of magnetic levitation systems. These estimators are based on operational calculus and implemented as FIR filters, resulting on a feasible real-time implementation. The algebraic method provide a fast, non-asymptotic state estimation. For the magnetic levitation systems, the algebraic estimators may replace the standard asymptotic observers assuring very good performance and robustness. To validate the estimators as observers in closed-loop control, several nonlinear controllers are proposed and implemented in a experimental magnetic levitation prototype. The results show an excellent performance of the proposed control laws together with the algebraic estimators.

Desenvolvimento de um controlador preditivo estocástico para processos da indústria química.

O sucesso de estratégias de controle preditivo baseado em modelo (MPC, na sigla em inglês) tanto em ambiente industrial quanto acadêmico tem sido marcante. No entanto, ainda há diversas questões em aberto na área, especialmente quando a hipótese simplificadora de modelo perfeito é abandonada. A consideração explícita de incertezas levou a importantes progressos na área de controle robusto, mas esta ainda apresenta alguns problemas: a alta demanda computacional e o excesso de conservadorismo são questões que podem ter prejudicado a aplicação de estratégias de controle robusto na prática. A abordagem de controle preditivo estocástico (SMPC, na sigla em inglês) busca a redução do conservadorismo através da incorporação de informação estatística dos ruídos. Como processos na indústria química sempre estão sujeito a distúrbios, seja devido a diferenças entre planta e modelo ou a distúrbios não medidos, está técnica surge como uma interessante alternativa para o futuro. O principal objetivo desta tese é o desenvolvimento de algoritmos de SMPC que levem em conta algumas das especificidades de tais processos, as quais não foram adequadamente tratadas na literatura até o presente. A contribuição mais importante é a inclusão de ação integral no controlador através de uma descrição do modelo em termos de velocidade. Além disso, restrições obrigatórias (hard) nas entradas associadas a limites físicos ou de segurança e restrições probabilísticas nos estados normalmente advindas de especificações de produtos também são consideradas na formulação. Duas abordagens foram seguidas neste trabalho, a primeira é mais direta enquanto a segunda fornece garantias de estabilidade em malha fechada, contudo aumenta o conservadorismo. Outro ponto interessante desenvolvido nesta tese é o controle por zonas de sistemas sujeitos a distúrbios. Essa forma de controle é comum na indústria devido à falta de graus de liberdade, sendo a abordagem proposta a primeira contribuição da literatura a unir controle por zonas e SMPC. Diversas simulações de todos os controladores propostos e comparações com modelos da literatura são exibidas para demonstrar o potencial de aplicação das técnicas desenvolvidas.

Unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico de um motor de combustão interna ciclo Otto.

Nas últimas décadas, a indústria automobilística mundial vem investindo no desenvolvimento tecnológico dos motores, com o objetivo de alcançar melhor eficiência energética e atender às legislações que limitam a quantidade de resíduos tóxicos nos gases de exaustão e menor consumo de combustível. Isso resultou na implantação dos sistemas de gerenciamento eletrônico do motor, que possibilitam funcionalidades para se controlar diversas variáveis do motor, aumentando consideravelmente o rendimento do motor. Este trabalho tem como objetivos explorar a dinâmica de um motor de combustão interna ciclo Otto, os sinais elétricos associados, e os componentes de seu gerenciamento eletrônico. A partir dessas informações, o trabalho apresenta o processo de analise dos sinais elétricos e as estratégias de controle utilizadas em um sistema de gerenciamento real. Assim, são desenvolvidos o hardware e o firmware de uma unidade microcontroladora para gerenciamento eletrônico do motor. O hardware foi elaborado com uma concepção centralizada, ou seja, foi usado apenas um microcontrolador de 32-bit para gerenciar todas as funções. O firmware de controle foi desenvolvido de forma modular baseado em modelos de malha fechada. O modelo matemático do motor foi identificado utilizando técnicas de controle em um veículo real, e a avalidação do modelo foi obtida através de testes em um dinamômetro inercial.

Controle da mistura ar/combustível em um motor a combustão interna: sistema em malha fechada.

O controle da mistura ar/combustível é muito importante para o correto funcionamento dos motores à combustão interna ciclo Otto. A relação entre o ar e o combustível influencia diretamente no funcionamento do motor, na emissão de poluentes e no consumo de combustível. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um controle da mistura ar/combustível a partir do estudo de modelos de malha fechada deste sistema. Esse controle tem por objetivo manter a mistura o mais próxima possível do ponto estequiométrico, a fim de otimizar a taxa de conversão de gases poluentes pelo catalisador, e utiliza um sensor de oxigênio, conhecido como sonda lambda, para realizar a realimentação do sistema, indicando se a mistura está no ponto estequiométrico. Este trabalho também apresenta o desenvolvimento de um compensador em malha fechada para controlar a mistura a/c (ar/combustível) em outros pontos, além do estequiométrico, através do uso de uma sonda lambda de banda larga.

Estudo e implementação de sinais de excitação aplicados em identificação de sistemas multivariáveis.

Devido à crescente implementação do Controle Preditivo baseado em Modelo (MPC) em outros processos além de refino e plantas petroquímicas, que geralmente possuem múltiplas entradas e saídas, tem-se um aumento na demanda de modelos gerados por identificação de sistemas. Identificar modelos que representem fielmente a dinâmica do processo depende em grande medida das características dos sinais de excitação dos processos. Assim, o foco deste trabalho é realizar um estudo dos sinais típicos usados em identificação de sistemas, PRBS e GBN, em uma abordagem multivariável. O estudo feito neste trabalho parte das características da geração dos sinais individualmente, depois é feita uma análise de correlação cruzada dos sinais de entrada, observando a influência desta sobre os resultados de identificação. Evitar uma alta correlação entre os sinais de entrada permite determinar o efeito de cada entrada sobre a saída no processo de identificação. Um ponto importante no projeto de sinais de identificação de sistemas multivariáveis é a frequência dos mesmos para conseguir excitar os processos nas regiões de frequência de operação normal e assim extrair a maior informação dinâmica possível do processo. As características estudadas são avaliadas por meio de testes em três plantas simuladas diferentes, categorizadas como mal, medianamente e bem condicionadas. Estas implementações foram feitas usando sinais GBN e PRBS de diferentes frequências. Expressões para a caracterização dos sinais de excitação foram avaliadas identificando os processos em malha aberta e malha fechada. Para as plantas mal condicionadas foram implementados sinais compostos por uma parte completamente correlacionada e uma parte não-correlacionada, conhecido como método de dois passos. Finalmente são realizados experimentos de identificação em uma aplicação em tempo real de uma planta piloto de neutralização de pH. Os testes realizados na planta foram feitos visando avaliar os estudos de frequência e correlação em uma aplicaficção real. Os resultados mostram que a condição de sinais completamente descorrelacionados n~ao deve ser cumprida para ter bons resultados nos modelos identificados. Isto permite ter mais exibilidade na geração do conjunto de sinais de excitação.

Fatores associados à integridade perineal e à episiotomia no parto normal: estudo transversal

Introdução: Investigar os fatores associados à condição perineal no parto vaginal pode possibilitar modificações no cuidado com o períneo, de forma a contribuir para menores frequências de episiotomia e de lacerações perineais. Objetivos: Identificar os fatores associados à episiotomia; identificar os fatores associados à integridade perineal no parto vaginal; descrever os motivos apontados para a realização de episiotomia por enfermeiras obstétricas; e identificar as manobras de proteção perineal realizadas por enfermeiras obstétricas em um Centro de Parto Normal. Método: Estudo transversal com coleta de dados prospectiva por meio de formulário aplicado junto às enfermeiras obstétricas de um Centro de Parto Normal intra-hospitalar de São Paulo e que incluiu dados de todas as mulheres que deram à luz neste serviço no período de fevereiro de 2014 a janeiro de 2015. Na análise estatística, as associações entre as variáveis dependentes (episiotomia e integridade perineal) e as variáveis sociodemográficas, obstétricas e assistenciais foram estimadas por meio de Odds Ratios (OR), calculadas por meio de regressão logística binária univariada e múltipla com intervalos de confiança de 95 por cento (IC 95 por cento ), no programa estatístico SPSS versão 20. Foram realizadas análises separadas para cada variável dependente. Os motivos para a realização de episiotomia e o uso de manobras de proteção perineal foram descritos por meio de frequências e porcentagens. O estudo foi aprovado nos Comitês de Ética em Pesquisa das instituições proponente e coparticipante. Resultados: Foram analisados os dados de 802 mulheres (frequência de episiotomia de 23,8 por cento , 191 mulheres; integridade perineal de 25,9 por cento , 208 mulheres; laceração perineal de 50,3 por cento , 403 mulheres). Os fatores independentemente associados à episiotomia foram: não ter parto vaginal anterior (OR 26,72; IC 95 por cento 15,42-46,30), uso de ocitocina durante o trabalho de parto (OR 1,69; IC 95 por cento 1,12-2,57), puxos dirigidos (OR 2,05; IC 95 por cento 1,23-3,43), intercorrência no trabalho de parto (OR 2,61; IC 95 por cento 1,43-4,77) e posição semissentada no parto (5,45; IC 95 por cento 1,06-28,01). O uso de uma manobra de proteção perineal (OR 0,11; IC 95 por cento 0,04-0,26) ou de duas manobras ou mais (OR 0,09; IC 95 por cento 0,04-0,22) se apresentou como fator de proteção contra a episiotomia. Em relação à integridade perineal, os fatores independentemente associados foram: ter parto vaginal anterior (OR 3,88; IC 95 por cento 2,41-6,23) e cor da pele autorreferida não branca (OR 1,43; IC 95 por cento 1,01-2,04). As indicações para episiotomia incluíram, predominantemente, motivos relacionados às condições e dimensões do períneo. As manobras de proteção perineal foram utilizadas em aproximadamente 95 por cento dos partos vaginais, mas não impactaram as taxas de integridade perineal. Conclusões: As variáveis associadas à episiotomia incluíram, em sua maioria, fatores que podem ser controlados pelo profissional de saúde. Estas variáveis não impactaram as taxas de integridade perineal. Informar os profissionais que atuam na assistência ao parto e as mulheres que buscam esse atendimento sobre os fatores associados à condição perineal no parto vaginal pode contribuir para a redução da frequência de episiotomia e para preservar a integridade perineal no parto vaginal.

Isolamento de vibrios potencialmente patogênicos em moluscos bivalves

Neste estudo, 26 amostras de ostras (Crassostrea gigas) comercializadas na cidade de São Paulo e em alguns pontos do litoral de São Paulo, e 36 amostras de mexilhões (Perna perna) colhidas mensalmente em 3 pontos do litoral de Ubatuba - SP, foram submetidas à pesquisa de vibrios potencialmente patogênicos. As amostras desses moluscos eram submetidas a enriquecimento em água peptonada alcalina sem cloreto de sódio e com 1 por cento de cloreto de sódio, e GSTB. O isolamento foi realizado em ágar TCBS. Colônias sacarose positivas e negativas, sugestivas de espécies de Vibrio foram identificadas presuntivamente em meio de ágar ferro de Kligler, sendo confirmadas através de provas bioqufmicas complementares. Uma parte das amostras de vibrios potencialmente patogênicos isoladas foi submetida ao teste de Dean e teste de alça ligada em íleo de coelhos. Os vibrios potencialmente patogênicos encontrados em amostras de ostras foram V. alginolyticus (81 por cento ), V.parahaemolyticus (77 por cento ), V. cholerae não 0:1 (31 por cento ), V. fluvialis (27 por cento ), V. furnissii (19 por cento ), V. mimicus (12 por cento ) e V. vulnificus (12 por cento ) e em amostras de mexilhões foram V. alginolyticus(97 por cento ), V. parahaemolyticus(75 por cento ), V. fluvialis (47 por cento ), V. vulnificus (11 por cento ), V. cholerae não 0:1 (6 por cento ), V. furnissii (6 por cento ) e V. mimicus (6 por cento ). Observou-se acúmulo de fluido em alça ligada de íleo de coelho entre 0,25 e 0,49 ml/cm em 6,9 por cento das amostras, entre 0,5 e 0,99 ml/cm em 15,6 por cento e maior ou igual a 1 ml/cm em 15,1 por cento , e/ou intestino de camundongos lactentes (Teste de Dean) em 26,6 por cento das amostras testadas, confirmando o elevado potencial desses microrganismos em causar gastrenterite. Verificou-se ausência de variação sazonal e também, de correlação entre os vibrios potencialmente patogênicos isolados e os indicadores de contaminação fecal, confirmando que a presença desses microrganismos ocorre de forma autóctone e que, as condições climáticas foram favoráveis à sobrevivência dessas espécies em todas as épocas do ano. Considerando-se os resultados obtidos no presente estudo e o fato de que ostras e mexilhões são habitualmente ingeridos crus ou insuficientemente cozidos, pode-se concluir que sua ingestão constitui-se em um determinado grau de risco para a saúde do consumidor.