Controle preditivo de robôs móveis não holonômicos

O controle de robôs móveis não holonômicos apresenta como principal desafio o fato de estes sistemas não serem estabilizáveis em um ponto através de uma realimentação de estados suave e invariante no tempo, conforme o Teorema de Brockett. Para contornar este resultado, técnicas clássicas utilizam leis de controle variante no tempo ou não suaves (descontínuas). Entretanto, estas técnicas não prevêem durante o cálculo da lei de controle restrições nas variáveis do sistema e assim, muitas vezes, geram entradas de controle que são incompatíveis com uma implementação real. Neste trabalho são desenvolvidos algoritmos de controle preditivo baseado em modelo (MPC) para o controle de robôs móveis não holonômicos dotados de rodas. No MPC, restrições nas variáveis de estado e de controle podem ser consideradas durante o cálculo da lei de controle de uma forma bastante direta. Além disso, o MPC gera implicitamente uma lei de controle que respeita as condições de Brockett. Como o modelo do robô é não linear, é necessário um algoritmo de MPC não linear (NMPC). Dois objetivos são estudados: (1) estabilização em um ponto e (2) rastreamento de trajetória. Através de extensivos resultados de simulação, é mostrada a eficácia da técnica. Referente ao primeiro problema, é feita uma análise comparativa com algumas leis clássicas de controle de robôs móveis, mostrando que o MPC aplicado aqui apresenta uma melhor performance com relação às trajetórias de estado e de controle. No problema de rastreamento de trajetória, é desenvolvida uma técnica linear, alternativa ao NMPC, utilizando linearizações sucessivas ao longo da trajetória de referência, a fim de diminuir o esforço computacional necessário para o problema de otimização. Para os dois problemas, análises referentes ao esforço computacional são desenvolvidas com o intuito de mostrar a viabilidade das técnicas de MCP apresentadas aqui em uma implementação real.

Impacto dos laudos de homicídio de latrocínio junto aos operadores do direito e às sentenças judiciais: o caso da perícia criminal do Instituto de Criminalística no âmbito do Distrito Federal

A presente pesquisa visa identificar o papel do Laudo de Perícia Criminal junto aos operadores do direito, bem como qual o grau de participação nas sentenças proferidas em âmbito judicial. Sabe-se que o Laudo de Perícia Criminal é um documento de cunho técnico-científico – produzido por perito criminal – com o objetivo de auxiliar à Justiça com seu conteúdo baseado no estudo de especialistas, sendo o Laudo de Perícia Criminal um dos meios de prova mais robustos utilizados pelo magistrado para proferir uma sentença judicial ou para uso dos jurados nos casos de crimes dolosos contra a vida. Parte do método de pesquisa foi qualitativo e, para a coleta de dados, utilizou-se de entrevista – mediante questionário – com operadores do direito (delegados de polícia, juízes de direito e promotores de justiça) que atuavam em processos de homicídio e/ou latrocínio e lotados nas cinco Regiões Administrativas que, em conjunto, abarcavam mais de 50% dos crimes dessas naturezas. Posteriormente passou-se à análise documental, onde foram verificados 172 (cento e setenta e dois) levantamentos de local e suas repercussões no âmbito judicial. Algumas conclusões em relação aos laudos foram apontadas: tais como sua intempestividade em alguns casos. Porém, foi possível abrir um novo olhar para o documento técnico que tanto auxilia a justiça criminal. Abordou-se, ainda, a falta de uma realimentação (feedback) de informações para os peritos criminais do Instituto de Criminalística, que acarreta problemas de ordem motivacional.

Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Sincronização de múltiplas câmaras e controlo de iluminação sobre uma plataforma FPGA

O objetivo deste projeto foi o de realizar a sincronização de pelo menos quatro câmaras individuais, ajustando dinamicamente o frame rate de operação de cada câmara, tendo por base a família de sensores de imagem CMOS NanEye da empresa Awaiba, numa plataforma FPGA com interface USB3. Durante o projeto analisou-se, com a assistência de um supervisor da Awaiba, o sistema core de captura de imagem existente, baseado em VHDL. Foi estudado e compreendido o princípio do ajuste dinâmico do frame rate das câmaras. Tendo sido então desenvolvido o módulo de controlo da câmara, em VHDL, e um algoritmo de ajuste dinâmico do frame rate, sendo este implementado junto com a plataforma de processamento e interface da FPGA. Foi criado um módulo para efetuar a monitorização da frequência de operação de cada câmara, medindo o período de cada linha numa frame, tendo por base um sinal de relógio de valor conhecido. A frequência é ajustada variando o nível de tensão aplicado ao sensor com base no erro entre o período da linha medido e o período pretendido. Para garantir o funcionamento conjunto de múltiplas câmaras em modo síncrono foi implementada uma interface Master-Slave entre estas. Paralelamente ao módulo anteriormente descrito, implementou-se um sistema de controlo automático de iluminação com base na análise de regiões de interesse em cada frame captada por uma câmara NanEye. A intensidade de corrente aplicada às fontes de iluminação acopladas à câmara é controlada dinamicamente com base no nível de saturação dos pixéis analisados em cada frame. Foram desenvolvidas e implementadas variantes do algoritmo de controlo e o seu desempenho foi avaliado em laboratório. Os resultados obtidos na prática evidenciam que a solução implementada cumpre os requisitos de controlo e ajuste da frequência de operação de múltiplas câmaras. Mostrou ser um método de controlo capaz de manter um erro de sincronização médio de 3,77 μs mesmo na presença de variações de temperatura de aproximadamente 50 °C. Foi também demonstrado que o sistema de controlo de iluminação é capaz de proporcionar uma experiência de visualização adequada, alcançando erros menores que 3% e uma velocidade de ajuste máxima inferior a 1 s.

Influence of food restriction on the reproduction and larval performance of matrinxã, Brycon amazonicus (Spix and Agassiz, 1829)

Este estudo avaliou o efeito da restrição alimentar e realimentação na reprodução de fêmeas e no crescimento inicial e sobrevivência de larvas de matrinxã, Brycon amazonicus. Matrizes distribuídas em 8 viveiros (15 peixes/tanque) foram alimentadas diariamente (em 4 tanques - G1) e alimentados em ciclos de 3 dias de alimentação seguidos de 2 dias de restrição (em 4 tanques - G2) por 6 meses antes da desova. Na indução à desova, 57% das fêmeas no G1 e 45% no G2 desovaram. Os pesos médios dos oócitos foram 208,1 g (G1) e 131,6 g (G2), sendo os oócitos G2 menores (1,017 ± 0,003 mm) que os oócitos de G1 (1,048 ± 0,002 mm). As taxas de fertilização (71,9 ± 12,6% e 61,2 ± 13,7%) e de eclosão (61,3 ± 33,9% e 67,5 ± 23,4%) entre os G1 e G2 não diferiram. Larvas foram coletadas na eclosão e às 24, 48 e 72 horas de incubação para medida do crescimento e as restantes transferidas para aquários e amostradas 1, 5, 9 e 15 dias depois. Na transferência, as larvas G1 e G2 tinham pesos similares (1,5 ± 0,15 e 1,46 ± 0,07 mg), mas o comprimento das larvas G2 era maior (6,2 ± 0,13 e 6,7 ± 0,14 mm). Ao 9° dia, quando é recomendada a transferência dos juvenis para tanques externos, os juvenis G2 tinham peso (13,6 ± 0,26 e 18,9 ± 0,07 mg) e comprimento (11,8 ± 0,09 e 14,5 ± 0,04 mm) maiores, mas no 15º dia os juvenis G1 eram maiores em peso (90,2 ± 1,19 e 68,6 ± 0,77 mg) e comprimento (18,8 ± 0,16 e 18,5 ± 0,04 mm). Aos 15 dias, a prole das fêmeas submetidas à restrição alimentar apresentou sobrevivência mais alta que a prole das fêmeas alimentadas diariamente (24,7 ± 2,07% e 19,2 ± 1,91%). A restrição alimentar imposta às fêmeas de matrinxã, apesar de reduzir o número de fêmeas que desovaram e a quantidade de oócitos extrusados, não afetou a fertilização e eclosão das larvas e melhorou a sobrevivência final das larvas.

Efeito da restrição alimentar quantitativa sobre o ganho compensatório e composição da carcaça de frangos

O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do nível de restrição alimentar sobre o ganho compensatório e composição da carcaça de frangos Ross. Foram utilizados frangos machos, submetidos a restrição alimentar quantitativa de 30% e 70% do consumo diário das aves alimentadas ad libitum, entre o 8º e o 14º dias de idade e realimentados ad libitum até 42 dias de idade, em um experimento inteiramente casualizado, segundo um esquema em parcelas subdivididas, tendo como parcelas o programa alimentar (ad libitum, restrição 30% e 70%) e subparcelas a idade das aves (dias). O ganho de peso, peso da carcaça, peso do intestino e quantidade total de gordura dos frangos restritos a 70% foram significativamente menores aos 42 dias de idade; no entanto, não foram verificadas diferenças significativas quanto a estes parâmetros entre frangos restritos em 30% e os alimentados ad libitum. A conversão alimentar, o comprimento do intestino e a gordura abdominal não foram afetados pelo programa alimentar. Os resultados obtidos nestes experimentos evidenciam que frangos de corte submetidos a restrição alimentar de 30% apresentaram ganho compensatório durante o período de realimentação; no entanto, a restrição de 70% é muito severa, afetando de forma negativa tanto o desempenho quanto a qualidade da carcaça dos frangos.

Desenvolvimento gonadal de fêmeas de matrinxã, Brycon amazonicus, submetidas a restrição alimentar

O presente estudo avaliou o efeito de ciclos de restrição alimentar e realimentação (2/3 dias), aplicados durante seis meses antes da desova, no desenvolvimento gonadal de matrinxã. Na ocasião da desova, fêmeas alimentadas diariamente e submetidas ao regime alimentar experimental, selecionadas para a indução hormonal, foram sacrificadas para retirada das gônadas e do fígado, com os quais se calculou o IGS (índice gonadossomático) e o IHS (índice hepatossomático), sendo os ovários processados para análise histológica. Não houve alteração no peso relativo dos ovários e fígado, e o desenvolvimento gonadal não foi afetado pelo esquema alimentar. Os valores de IGS foram de 5,09±4,98% e 9,79±4,17% e os de IHS foram de 0,84±0,07% e 0,91±0,11%, para as fêmeas controle e experimentais, respectivamente, sem diferenças significativas entre os grupos. Os ovários de peixes dos dois grupos apresentaram as mesmas características do estádio maduro, com predominância de ovócitos na fase final de maturação, repletos de vitelo. O estudo indica que a restrição alimentar não afetou a preparação das fêmeas para a reprodução e que ciclos adequados de restrição e realimentação poderão ser aplicados na criação do matrinxã, assegurando menores custos de produção.

Performance and hormonal profile in broiler chickens fed with different energy levels during post restriction period

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Ganho compensatório em cordeiras na fase de recria: desempenho e medidas biométricas

Objetivou-se estudar o ganho compensatório de cordeiras submetidas a restrição alimentar e, posteriormente, a realimentação à vontade. Foram adotados dois períodos de 60 dias, de modo que, no primeiro, 18 cordeiras 7/8 Ile de France 1/8 Ideal foram distribuídas em três tratamentos, em delineamento inteiramente casualisado: sem restrição = alimentação à vontade por todo o experimento; restrição 30% = restrição alimentar de 30% em relação ao consumo do grupo sem restrição; e restrição 60% = restrição alimentar de 60% em relação ao consumo do grupo sem restrição. No segundo período, todas as cordeiras receberam alimentação à vontade. Ao final do primeiro período, as cordeiras alimentadas à vontade e aquelas sob restrição alimentar de 30%, tiveram ganho de peso corporal de 18 e 0,8%, respectivamente, enquanto aquelas sob restrição alimentar de 60% perderam 15% de peso corporal. No segundo período, todas as cordeiras ganharam peso, observando-se maior ganho naquelas sob restrição 30% (196,24 g/dia) em relação às sem restrição (116,20 g/dia). O ganho de peso desses dois grupos, no entanto, não diferiu do grupo restrição 60% (178,03 g/dia). A conversão alimentar das cordeiras alimentadas à vontade foi 10,09 e a daquelas com restrição alimentar de 30% foi de 5,97. As medidas biométricas foram semelhantes no início do experimento, mas, ao final da restrição alimentar, houve diminuição de 16% na largura do ombro, de 21% na largura da garupa, de 6,9% no perímetro torácico e de 39% na condição corporal das cordeiras do grupo restrição 60% em relação às medidas iniciais. A restrição alimentar de 60% resultou em menor consumo de MS e em peso corporal final mais baixo, ocasionando prejuízos na maioria das medidas corporais. A restrição alimentar de 30%, no entanto, pode ser indicada como alternativa de manejo alimentar para melhorar a conversão alimentar e reduzir o consumo total de alimento.

Estudo de estratégias de otimização para poços de petróleo com elevação por bombeio de cavidades progressivas

The progressing cavity pump artificial lift system, PCP, is a main lift system used in oil production industry. As this artificial lift application grows the knowledge of it s dynamics behavior, the application of automatic control and the developing of equipment selection design specialist systems are more useful. This work presents tools for dynamic analysis, control technics and a specialist system for selecting lift equipments for this artificial lift technology. The PCP artificial lift system consists of a progressing cavity pump installed downhole in the production tubing edge. The pump consists of two parts, a stator and a rotor, and is set in motion by the rotation of the rotor transmitted through a rod string installed in the tubing. The surface equipment generates and transmits the rotation to the rod string. First, is presented the developing of a complete mathematical dynamic model of PCP system. This model is simplified for use in several conditions, including steady state for sizing PCP equipments, like pump, rod string and drive head. This model is used to implement a computer simulator able to help in system analysis and to operates as a well with a controller and allows testing and developing of control algorithms. The next developing applies control technics to PCP system to optimize pumping velocity to achieve productivity and durability of downhole components. The mathematical model is linearized to apply conventional control technics including observability and controllability of the system and develop design rules for PI controller. Stability conditions are stated for operation point of the system. A fuzzy rule-based control system are developed from a PI controller using a inference machine based on Mandami operators. The fuzzy logic is applied to develop a specialist system that selects PCP equipments too. The developed technics to simulate and the linearized model was used in an actual well where a control system is installed. This control system consists of a pump intake pressure sensor, an industrial controller and a variable speed drive. The PI control was applied and fuzzy controller was applied to optimize simulated and actual well operation and the results was compared. The simulated and actual open loop response was compared to validate simulation. A case study was accomplished to validate equipment selection specialist system

Controle preditivo não linear baseado no modelo de Hammerstein com prova de estabilidade

The Predictive Controller has been receiving plenty attention in the last decades, because the need to understand, to analyze, to predict and to control real systems has been quickly growing with the technological and industrial progress. The objective of this thesis is to present a contribution for the development and implementation of Nonlinear Predictive Controllers based on Hammerstein model, as well as to its make properties evaluation. In this case, in the Nonlinear Predictive Controller development the time-step linearization method is used and a compensation term is introduced in order to improve the controller performance. The main motivation of this thesis is the study and stability guarantee for the Nonlinear Predictive Controller based on Hammerstein model. In this case, was used the concepts of sections and Popov Theorem. Simulation results with literature models shows that the proposed approaches are able to control with good performance and to guarantee the systems stability

Identificação fuzzy-multimodelos para sistemas não lineares

This paper presents a new multi-model technique of dentification in ANFIS for nonlinear systems. In this technique, the structure used is of the fuzzy Takagi-Sugeno of which the consequences are local linear models that represent the system of different points of operation and the precursors are membership functions whose adjustments are realized by the learning phase of the neuro-fuzzy ANFIS technique. The models that represent the system at different points of the operation can be found with linearization techniques like, for example, the Least Squares method that is robust against sounds and of simple application. The fuzzy system is responsible for informing the proportion of each model that should be utilized, using the membership functions. The membership functions can be adjusted by ANFIS with the use of neural network algorithms, like the back propagation error type, in such a way that the models found for each area are correctly interpolated and define an action of each model for possible entries into the system. In multi-models, the definition of action of models is known as metrics and, since this paper is based on ANFIS, it shall be denominated in ANFIS metrics. This way, ANFIS metrics is utilized to interpolate various models, composing a system to be identified. Differing from the traditional ANFIS, the created technique necessarily represents the system in various well defined regions by unaltered models whose pondered activation as per the membership functions. The selection of regions for the application of the Least Squares method is realized manually from the graphic analysis of the system behavior or from the physical characteristics of the plant. This selection serves as a base to initiate the linear model defining technique and generating the initial configuration of the membership functions. The experiments are conducted in a teaching tank, with multiple sections, designed and created to show the characteristics of the technique. The results from this tank illustrate the performance reached by the technique in task of identifying, utilizing configurations of ANFIS, comparing the developed technique with various models of simple metrics and comparing with the NNARX technique, also adapted to identification

Controle preditivo robusto baseado em desigualdades matriciais lineares aplicado a um sistema de tanques acoplados

This work deals with an on-line control strategy based on Robust Model Predictive Control (RMPC) technique applied in a real coupled tanks system. This process consists of two coupled tanks and a pump to feed the liquid to the system. The control objective (regulator problem) is to keep the tanks levels in the considered operation point even in the presence of disturbance. The RMPC is a technique that allows explicit incorporation of the plant uncertainty in the problem formulation. The goal is to design, at each time step, a state-feedback control law that minimizes a 'worst-case' infinite horizon objective function, subject to constraint in the control. The existence of a feedback control law satisfying the input constraints is reduced to a convex optimization over linear matrix inequalities (LMIs) problem. It is shown in this work that for the plant uncertainty described by the polytope, the feasible receding horizon state feedback control design is robustly stabilizing. The software implementation of the RMPC is made using Scilab, and its communication with Coupled Tanks Systems is done through the OLE for Process Control (OPC) industrial protocol

Uma proposta de um controlador adaptativo por posicionamento de pólos e estrutura variável

There are two main approaches for using in adaptive controllers. One is the so-called model reference adaptive control (MRAC), and the other is the so-called adaptive pole placement control (APPC). In MRAC, a reference model is chosen to generate the desired trajectory that the plant output has to follow, and it can require cancellation of the plant zeros. Due to its flexibility in choosing the controller design methodology (state feedback, compensator design, linear quadratic, etc.) and the adaptive law (least squares, gradient, etc.), the APPC is the most general type of adaptive control. Traditionally, it has been developed in an indirect approach and, as an advantage, it may be applied to non-minimum phase plants, because do not involve plant zero-pole cancellations. The integration to variable structure systems allows to aggregate fast transient and robustness to parametric uncertainties and disturbances, as well. In this work, a variable structure adaptive pole placement control (VS-APPC) is proposed. Therefore, new switching laws are proposed, instead of using the traditional integral adaptive laws. Additionally, simulation results for an unstable first order system and simulation and practical results for a three-phase induction motor are shown