Projeto de reguladores fuzzy Takagi-Sugeno utilizando as condições iniciais da planta

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Projeto de controladores robustos para aplicações em estruturas inteligentes utilizando desigualdades matriciais lineares

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A expansão urbano-industrial do município de Americana - SP: geotecnologias aplicadas à análise temporal e simulação de cenários

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Sistema eletrônico para geração e avaliação de movimentos em paraplégicos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Projeto de controladores robustos chaveados para sistemas não lineares descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Métrica para definição de pontos estáveis utilizando-se da Análise de Robustez no posicionamento por ponto preciso

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Aplicação da gestão de processos em uma universidade pública do estado de São Paulo

Pós-graduação em Engenharia de Produção - FEB

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.

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.

Mathematical-modelling simulation of red gum lerp psyllid Glycaspis brimblecombei population dynamics towards the strategy identification for biological control with its parasitoid Psyllaephagus bliteus.

2009

Modelagem matemática do controle de brucelose bovina por vacinação

As fêmeas bovinas, por sua importância na transmissão e na manutenção da brucelose, constituíram o alvo dos inquéritos do Programa Nacional de Controle e Erradicação da Brucelose e da Tuberculose Animal. Com base em informações obtidas em unidades federativas onde foram realizados inquéritos sorológicos e observadas prevalências de animais acima de 2%, elaborou-se um modelo para simular a dinâmica da brucelose em rebanhos bovinos formados exclusivamente por fêmeas, analisando o efeito de estratégias de vacinação. Para baixa cobertura vacinal, da ordem de 30%, o tempo para reduzir a prevalência a 2%, valor adotado como referência, pode ser longo, aproximando-se do dobro do tempo necessário para uma cobertura mais alta, de 90%. De acordo com o modelo, o tempo para reduzir a prevalência a 1% ou 2%, que permitam passar à fase de erradicação, pode chegar a uma década. Recomenda-se a intensificação do esforço para a vacinação de fêmeas, procurando atingir alta cobertura vacinal.

Parâmetros bioecológicos de Gryon gallardoi (Brethes) (Hymenoptera: Scelionidae) e modelagem da dinâmica espaço-temporal da sua interação com Spartocera dentiventris (Berg) (Hemiptera: Coreidae) através da simulação de múltiplos agentes

Estudos referentes à dinâmica espaço-temporal da interação hospedeiro-parasitóide são de fundamental importância para o desenvolvimento de técnicas de manejo de insetos em agroecossistemas. Uma recente abordagem têm sido o estudo de populações através da simulação computacional dos indivíduos que a compõem. Este método tem possibilitado a incorporação de importantes características como individualidade e estrutura espacial nos modelos teóricos. Neste sentido, o presente estudo visou a elaboração de um modelo baseado no comportamento individual para simular a dinâmica espaço-temporal da interação Spartocera dentiventris (Berg) (Hemiptera: Coreidae), inseto associado à cultura do fumo, e de seu inimigo natural, o parasitóide de ovos Gryon gallardoi (Brethes) (Hymenoptera: Scelionidae). Para a elaboração do modelo, estudos sobre a bioecologia de G. gallardoi foram desenvolvidos, de modo a investigar (i) o efeito da temperatura no seu desenvolvimento e viabilidade, (ii) a mortalidade de imaturos em campo, (iii) os parâmetros reprodutivos e a longevidade dos adultos, (iv) os padrões de dispersão em campo e (v) a resposta funcional e a interferência mútua dos parasitóides em diferentes densidades de ovos de S. dentiventris. No intuito de avaliar a capacidade de predição do modelo elaborado, a dinâmica espaço-temporal de ovos sadios e parasitados de S. dentiventris foi acompanhada em um cultivo de fumo, estabelecido em área experimental do Departamento de Fitossanidade da Faculdade de Agronomia da UFRGS, Porto Alegre (30o01’S e 51o13’O), RS, Brasil A viabilidade do desenvolvimento dos parasitóides na faixa de 20 a 30oC não diferiu significativamente, alcançando 98,8%. O tempo de desenvolvimento ovo-adulto de machos e fêmeas foi inversamente proporcional ao aumento da temperatura. Os valores estimados para o limite térmico inferior de desenvolvimento e para a constante térmica foram 15,5oC e 185,19GD para machos e 15,6oC e 192,31GD para fêmeas. Diversos fatores afetam o sucesso de imaturos de G. gallardoi em campo, sendo que o malogro e a predação por sugadores são os principais responsáveis pela emergência de apenas 37,87% dos adultos. Foi observado um período médio de oviposição de 10,1 ± 1,74 dias, com o pico de oviposição no segundo dia, sendo depositados ao longo dos mesmos uma média de 67,5 ± 11,29 ovos por fêmea. Fêmeas de G. gallardoi foram significativamente mais longevas que os machos, vivendo, respectivamente, 13,7 ± 1,94 e 10,6 ± 1,78 dias. A razão sexual total observada foi de 0,79. A dispersão de G. gallardoi em cultivo de fumo não foi sensivelmente influenciada pelo vento, sendo estimada uma capacidade de locomoção diária média para fêmeas de no mínimo 7,62 m. O padrão de parasitismo de G. gallardoi ajustou-se perfeitamente à resposta funcional do tipo II (pseudo-r2= 0,99), sendo obtidos os valores de 0,0557 e 0,9989 h para os componentes a’ e Tm , respectivamente O aumento da densidade de parasitóides acarretou, de maneira geral, uma diminuição no número de ovos parasitados por parasitóide. Foi obtido para o índice de interferência mútua “m” o valor 0,626. A dinâmica temporal de S. dentiventris – G. gallardoi simulada ajustou-se muito bem aos dados obtidos em campo (r2= 0,82 para ovos sadios e r2= 0,72 para ovos parasitados). Da mesma forma, os arranjos espaciais dos ovos e da taxa de parasitismo observados em campo foram satisfatoriamente reproduzidos através das simulações computacionais. Os resultados indicam que G. gallardoi apresenta um bom potencial para controlar populações de S. dentiventris, seja pela sua viabilidade de desenvolvimento em uma larga faixa de temperatura ou pela sua capacidade reprodutiva e padrões de dispersão similares àqueles observados para outras espécies já utilizadas no controle biológico de insetos. Por outro lado, a sensibilidade às baixas temperaturas, a alta mortalidade de imaturos observada em campo e uma resposta funcional do tipo II podem ser fatores que se contrapõe ao sucesso do parasitóide no controle de populações de S. dentiventris. Considerando a independência entre os dados observados e os dados obtidos através de simulações, o modelo elaborado obteve pleno sucesso em simular a dinâmica da interação S. dentiventris – G. gallardoi a partir do comportamento individual dos diferentes agentes Duas importantes características associadas à estabilidade de sistemas hospedeiro-parasitóide foram observadas no estudo de campo e reproduzidas no modelo – um padrão de parasitismo inversamente dependente da densidade dos hospedeiros e uma resposta agregativa dos parasitóides em algumas regiões do sistema. Desta forma, futuros estudos podem avaliar, a partir de um enfoque baseado no indivíduo, quais mecanismos são responsáveis por tais comportamentos e qual é o seu efeito na dinâmica do sistema. Conclui-se, através deste trabalho, que o estudo da dinâmica de populações através de uma abordagem baseada no indivíduo, com base em modelos computacionais, pode ser uma alternativa viável para superar as limitações e a complexidade inerente ao uso de modelos populacionais analíticos. Desta forma, o maior realismo implícito nestes modelos os torna ferramentas muito úteis para diversas áreas da ecologia aplicada, particularmente para a entomologia agrícola.

Modelagem não-paramétrica da dinâmica da taxa de juros instantânea utilizando contratos futuros da taxa média dos depósitos interfinanceiros de 1 dia (DI1)

Modelos de predição baseados em estimações não-paramétricas continuam em desenvolvimento e têm permeado a comunidade quantitativa. Sua principal característica é que não consideram a priori distribuições de probabilidade conhecidas, mas permitem que os dados passados sirvam de base para a construção das próprias distribuições. Implementamos para o mercado brasileiro os estimadores agrupados não-paramétricos de Sam e Jiang (2009) para as funções de drift e de difusão do processo estocástico da taxa de juros instantânea, por meio do uso de séries de taxas de juros de diferentes maturidades fornecidas pelos contratos futuros de depósitos interfinanceiros de um dia (DI1). Os estimadores foram construídos sob a perspectiva da estimação por núcleos (kernels), que requer para a sua otimização um formato específico da função-núcleo. Neste trabalho, foi usado o núcleo de Epanechnikov, e um parâmetro de suavizamento (largura de banda), o qual é fundamental para encontrar a função de densidade de probabilidade ótima que forneça a estimação mais eficiente em termos do MISE (Mean Integrated Squared Error - Erro Quadrado Integrado Médio) no momento de testar o modelo com o tradicional método de validação cruzada de k-dobras. Ressalvas são feitas quando as séries não possuem os tamanhos adequados, mas a quebra estrutural do processo de difusão da taxa de juros brasileira, a partir do ano 2006, obriga à redução do tamanho das séries ao custo de reduzir o poder preditivo do modelo. A quebra estrutural representa um processo de amadurecimento do mercado brasileiro que provoca em grande medida o desempenho insatisfatório do estimador proposto.

Controle adaptativo robusto para um modelo desacoplado de um robô móvel

This thesis presents a new structure of robust adaptive controller applied to mobile robots (surface mobile robot) with nonholonomic constraints. It acts in the dynamics and kinematics of the robot, and it is split in two distinct parts. The first part controls the robot dynamics, using variable structure model reference adaptive controllers. The second part controls the robot kinematics, using a position controller, whose objective is to make the robot to reach any point in the cartesian plan. The kinematic controller is based only on information about the robot configuration. A decoupling method is adopted to transform the linear model of the mobile robot, a multiple-input multiple-output system, into two decoupled single-input single-output systems, thus reducing the complexity of designing the controller for the mobile robot. After that, a variable structure model reference adaptive controller is applied to each one of the resulting systems. One of such controllers will be responsible for the robot position and the other for the leading angle, using reference signals generated by the position controller. To validate the proposed structure, some simulated and experimental results using differential drive mobile robots of a robot soccer kit are presented. The simulator uses the main characteristics of real physical system as noise and non-linearities such as deadzone and saturation. The experimental results were obtained through an C++ program applied to the robot soccer kit of Microrobot team at the LACI/UFRN. The simulated and experimental results are presented and discussed at the end of the text

Desenvolvimento e aplicação de modelos matemáticos para o controle da Diaphorina citri via manejo integrado e estudo da influência da temperatura sobre a dinâmica populacional de Talitroides topitotum

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)