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Título: Computação paralela para controle em tempo real: controle preditivo baseado em modelos de aprendizado por reforço de sistemas de pêndulo invertido
Título(s) alternativo(s): Parallel computing for real-time control: reinforcement learning-based model predictive control of inverted pendulum systems
Autor(es): Silva, Eder Henrique Nunes da
Orientador(es): Agulhari, Cristiano Marcos
Palavras-chave: Computação
Controle preditivo
Engenharia elétrica
Computer science
Predictive control
Electric engineering
Data do documento: 7-Ago-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Citação: SILVA, Eder Henrique Nunes da. Computação paralela para controle em tempo real: controle preditivo baseado em modelos de aprendizado por reforço de sistemas de pêndulo invertido. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2025.
Resumo: Este trabalho investiga a aplicação da computação paralela em sistemas de controle, propondo uma estrutura de Controle Preditivo Baseado em Aprendizado por Reforço (RLMPC). O foco está no desafio de controlar um sistema de pêndulo invertido, por meio da integração entre o Aprendizado por Reforço (RL) e o Controle Preditivo Modelado (MPC), com o objetivo de otimizar o desempenho e garantir a estabilidade em tempo real. Como parte desta dissertação, foi projetado e construído um sistema físico de pêndulo invertido utilizando componentes industriais, assegurando robustez, confiabilidade e condições realistas de operação. Essa plataforma experimental foi essencial para a validação prática da estrutura proposta. A estrutura RLMPC emprega paralelização para resolver problemas de otimização online, possibilitando respostas rápidas e decisões eficazes. A implementação paralela mostrou-se eficiente no atendimento às exigências computacionais, viabilizando a aplicação em sistemas com restrições de tempo real. Este estudo contribui para o avanço da teoria de controle ao combinar abordagens baseadas em modelos e orientadas a dados, promovendo maior adaptabilidade frente às incertezas dos ambientes industriais
Abstract: This work investigates the application of parallel computing in control systems, proposing a Reinforcement Learning-Based Model Predictive Control (RLMPC) framework. The focus lies on addressing the challenge of controlling an inverted pendulum system by integrating Reinforcement Learning (RL) and Model Predictive Control (MPC) to optimize performance and ensure real-time stability. As part of this dissertation, a physical inverted pendulum system was designed and assembled using industrial grade components that ensure robustness, reliability, and realistic operating conditions. This experimental platform played a key role in the validation of the proposed control structure in practice. The RLMPC framework employs parallelization to solve online optimization problems, enabling fast responses and effective decision-making. The parallel implementation proved to be efficient in meeting computational demands, allowing deployment in systems with real-time constraints. This study contributes to control theory by combining model-based and data-driven approaches, enhancing adaptability in uncertain industrial environments.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38740
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