PPGEE

Programa de Pós-graduação
em Engenharia Elétrica

UFRGS

Controle e Automação

Esta área de concentração refere-se ao projeto, desenvolvimento, caracterização, avaliação de desempenho e manutenção de sistemas de controle e sistemas de automação industrial e predial.

A análise detalhada de sistemas de controle e automação e o desenvolvimento de métodos otimizados para sua concepção e operação têm o potencial de incrementar substancialmente a produtividade e a qualidade no setor industrial. Somente com tal incremento poderá a indústria nacional agregar valor a seus produtos e inserir-se assim no mercado mundial, com a conseqüente alavancagem da geração de riquezas e empregos de alto nível no país. Esta necessidade de inserção gera uma demanda por tecnologias e profissionais, tanto para atuação na indústria como em universidades.

Esta demanda social reflete-se no meio acadêmico-científico, onde grande tem sido o desenvolvimento da área de controle e automação.

Os professores do PPGEE têm participado ativamente deste processo em todos os níveis: regional, nacional e internacional, com intensa atividades de pesquisa, ensino e extensão.

A atuação preponderante nesta área, dentro do PPGEE, tem sido do Grupo de Controle Automação e Robótica - GCAR, cadastrado como grupo de pesquisa no CNPq desde 1995. Este grupo tem colaborado fortemente com a indústria local - Novus, Digicon, CEEE, CETA - e nacional - ABB, Petrobrás - através de convênios e de projetos específicos de pesquisa e desenvolvimento.

Por outro lado, os sistemas de controle e de automação fazem uso intenso da teoria de sistemas em seus estágios mais avançados, de forma que o desenvolvimento de trabalhos em controle e automação traz naturalmente desafios teóricos nesse campo do conhecimento. O enfrentamento desses desafios tem levado os pesquisadores desse grupo ao desenvolvimento de diversos projetos de cunho teórico, financiados principalmente pelos órgãos de fomento nacionais - CNPq, CAPES, FINEP. Dessa forma, além do impacto de curto e médio prazo sobre a produtividade da indústria nacional, os resultados das pesquisas desenvolvidas dentro dessa área de concentração também servem de embasamento teórico para desenvolvimentos futuros nessa área do conhecimento, bem como em outras que também fazem intenso uso da teoria de sistemas.

 

Linhas de pesquisa:

1.A) Sistemas de Automação

Nesta linha de pesquisa são estudados conceitos, técnicas e metodologias de desenvolvimento de sistemas computacionais embarcados, distribuídos e de tempo-real para aplicações de automação (industrial e predial/residencial). O desenvolvimento destes sistemas computacionais embarcados ("embedded") para modernos sistemas de automação é inegavelmente uma tarefa complexa, requerendo sólidos conhecimentos nas áreas de informática, engenharia de hardware e software, engenharia de sistemas de controle e automação, etc. Dado que a maioria das aplicações de automação pode ser classificada como sistemas tempo-real, nas quais um correto funcionamento depende não apenas do correto processamento lógico dos sinais de entrada para geração dos sinais de saída, mas sim do cumprimento de requisitos temporais, é fundamental o tratamento da variável tempo de forma explícita pelas metodologias de desenvolvimento. O desafio de se desenvolver sistemas viáveis economicamente, em tempo aceitável, atendendo a critérios de qualidade, só pode ser atingido através da aplicação de metodologias de engenharia de sistemas. A complexidade das aplicações e o menor "time-to-market" impõem estratégias de projeto de software como reuso, abstração e automação na geração de código, que, no entanto, são contraditórias em relação aos objetivos "tradicionais" do desenvolvimento de sistemas embarcados, tais como o desenvolvimento de software otimizado, para atendimento de requisitos não-funcionais, e dedicado, visando uma plataforma-alvo heterogênea.

Principais tópicos de pesquisa abordados: 

- projeto de arquiteturas computacionais auto-organizáveis para aplicações em automação industrial;
-o desenvolvimento dos chamados "sistemas de manutenção inteligentes", nos quais os sinais obtidos por sensores são processados usando-se técnicas de processamento de sinais, engenharia de conhecimento e modelos matemáticos de plantas industriais e equipamentos, para determinação da degradação do comportamento de dispositivos, permitindo assim uma avaliação do desempenho e a antecipação de possíveis falhas;
- projeto de ambientes inteligentes, para aplicações em automação predial e residencial, onde os dispositivos são capazes de perceber as demandas dos usuários e otimizam o ambiente de forma a aumentar o conforto e a produtividade dos mesmos;
- desenvolvimento de metodologias de projeto de sistemas eletrônicos embarcados e distribuídos para aplicações de automação usando conceitos de engenharia orientada a modelos ("model driven engineering") e orientação a aspectos
- protocolos de comunicação, com e sem fio, para aplicações industriais (redes Profibus, WirelessHart, FoundationFieldbus, RT-Ethernet, ...);
- arquiteturas computacionais e algoritmos para escalonamento de mensagens e tarefas.

 

1.B) Sistemas de Controle

Essa linha de pesquisa tem por objetivo desenvolver metodologias que permitam tornar os sistemas de controle mais confiáveis, eficientes e robustos. Todas as etapas de concepção e operação de um sistema de controle são abordadas: modelagem de processos, análise de desempenho e robustez de malhas de controle, métodos de projeto do controlador, implementação do algoritmo de controle. Projetos desenvolvidos nessa linha de pesquisa vão desde a análise teórica das propriedades relevantes de metodologias de projeto de controladores (existência e unicidade da solução do problema de projeto, garantias de estabilidade e robustez, etc) até o desenvolvimento de algoritmos práticos de controle, tendo em conta as necessidades peculiares da indústria nacional (custos de implementação, mercados potenciais, etc).

Principais tópicos de pesquisa abordados:

- Controle de processos - preditivo, adaptativo, auto-ajuste de controladores multivariáveis, auto-ajuste e adaptação de parâmetros de controladores;
- Modelagem e identificação de sistemas - projeto de experimentos para identificação, identificação orientada ao projeto de controladores, teoria da identificabilidade;
- Sistemas não lineares - análise e compensação de efeitos de componentes não lineares em sistemas de controle, projeto de controladores não lineares, aplicação a diversas classes de processos.

 

1.C) Robótica

Esta linha de pesquisa tem como objetivo desenvolver sistemas robóticos autônomos. São abordados tanto robôs industriais, quanto robôs móveis e robôs de serviço. Os principais tópicos de pesquisa estão associados ao tratamento das incertezas inerentes ao sub-sistema de robôs: planejamento de tarefas, geração de trajetória, controle, atuação, sensoriamento, modelagem do ambiente e programação. Por interagirem com ambientes reais, estas incertezas são muitas vezes inevitáveis e os sub-sistemas dos robôs devem ser desenvolvidos de forma a tratá-la adequadamente. Esta linha de pesquisa integra-se com as outras linhas de pesquisa na área de concentração em controle e Automação haja vista que robôs são componentes importantes em sistemas de automação e por outro lado, sistemas de controle são imprescindíveis o tratamento das incertezas associadas as sistema robóticos.

Principais tópicos de pesquisa abordados:

- Arquiteturas de hardware e software para controle de robôs;
- Controle de manipuladores;
- Controle e localização de robôs móveis;
- Processamento de sinais de sensores;
- Visão robótica;
- Geração de trajetórias e programação off-line.

 

1.D) Instrumentação

Essa linha de pesquisa tem por objetivo desenvolver metodologias que estejam relacionadas com a geração, processamento e coleta de sinais. A linha de instrumentação possui interface com a eletrônica analógica e digital, e suas aplicações podem assumir caráter multidisciplinar, seja com outras linhas como outras áreas, dentro ou for a da Engenharia Elétrica. Os principais tópicos de pesquisa atualmente abordados pelos professores do PPGEE podem ser citados a seguir:

- Engenharia Biomédica com estudo, projeto e execução de sistemas de instrumentação para Tecnologias Assistivas (interface homem-máquina);
- Desenvolvimento de procedimentos de aquisição, processamento e análise de sinais biológicos com o estudo de biosinais dos sistemas nervoso e muscular;
- Estudo e aplicação envolvendo colheita de diferentes fontes de energia (energy harvesting);
- Estudo e aplicação de sistemas para transmissão de energia sem fios (WPT - Wireless Power Transmission);
- Desenvovimento, Processamento e Fusão de sinais de sensores (sensor fusion) para controle de processos e tomadas de decisões;