Submitted by Maria Aparecida (cidazen@gmail.com) on 2017-09-04T13:42:58Z No. of bitstreams: 1 Watson Robert.pdf: 2699368 bytes, checksum: cf204eec3df50b251f4adbbbd380ffd0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T13:42:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Watson Robert.pdf: 2699368 bytes, checksum: cf204eec3df50b251f4adbbbd380ffd0 (MD5) Previous issue date: 2014-08-21 / Due to the demand for high-performance equipments and the rising cost of energy, the industrial sector is developing equipments to attend minimization of the theirs operational costs. The implementation of these requirements generate a demand for projects and implementations of high-performance control systems. The optimal control theory is an alternative to solve this problem, because in its design considers the normative specifications of the system design, as well as those that are related to the operational costs. Motivated by these perspectives, it is presented the study of methods and the development of algorithms to the approximated solution of the Equation Hamilton-Jacobi-Bellman, in the form of discrete Riccati equation, model free and dependent of the dynamic system. The proposed solutions are developed in the context of adaptive dynamic programming that are based on the methods for online design of optimal control systems, Discrete Linear Quadratic Regulator type. The proposed approach is evaluated in multivariable models of the dynamic systems to evaluate the perspectives of the optimal control law for online implementations. / Devido a demanda por equipamentos de alto desempenho e o custo crescente da energia, o setor industrial desenvolve equipamentos que atendem a minimização dos seus custos operacionais. A implantação destas exigências geram uma demanda por projetos e implementações de sistemas de controle de alto desempenho. A teoria de controle ótimo é uma alternativa para solucionar este problema, porque considera no seu projeto as especificações normativas de projeto do sistema, como também as relativas aos seus custos operacionais. Motivado por estas perspectivas, apresenta-se o estudo de métodos e o desenvolvimento de algoritmos para solução aproximada da Equação Hamilton-Jacobi-Bellman, do tipo Equação Discreta de Riccati, livre e dependente de modelo do sistema dinâmico. As soluções propostas são desenvolvidas no contexto de programação dinâmica adaptativa (ADP) que baseiam-se nos métodos para o projeto on-line de Controladores Ótimos, do tipo Regulador Linear Quadrático Discreto. A abordagem proposta é avaliada em modelos de sistemas dinâmicos multivariáveis, tendo em vista a implementação on-line de leis de controle ótimo.

La presente tesis estudia, propone y realiza sus principales aportaciones en el campo del control para el convertidor CC/CA de tres niveles, sobre la topología denominada Neutral-Point-Clamped, aunque se puede extender a otras topologías y/o número de niveles. Se presenta una metodología de modelado que emplea funciones de conmutación de fase, el operador de promediado y la transformación D-Q, tal que los modelos obtenidos en el dominio D-Q contienen una información completa sobre la dinámica del sistema. La estrategia de conmutación se puede entender como una extensión de la estrategia PWM senoidal de dos a tres niveles. Esta estrategia es simple y no realiza el control de ninguna de las variables del sistema. En esta tesis, el controlador se encarga de regular todas las variables del sistema, incluido el equilibrio del bus de continua. Este es un enfoque diferente del convencional, donde el equilibrio del bus de continua se consigue mediante la elección adecuada de los estados redundantes del convertidor en la estrategia de conmutación, mientras que el resto de variables se regulan a través del controlador. Para la realización del controlador, se propone la técnica de control lineal multivariable LQR (Linear Quadratic Regulator), complementada con la técnica de control no lineal adaptativo denominada programación de ganancia (Gain Scheduling). Se presenta, además, una metodología de cálculo del controlador. Este control es versátil, abierto y adaptable. En cualquier caso, el controlador se puede adaptar a las necesidades concretas de cada aplicación. El cálculo del controlador se realiza mediante simulación con MatLab-Simulink. Los modelos matemáticos que emplean las funciones de conmutación del convertidor son aquellos que ofrecen un mejor compromiso entre velocidad de simulación y precisión. Para validar el control propuesto, se ha diseñado y construido un equipo experimental donde el controlador se ha mostrado aplicable, útil y eficaz en la regulación de las distintas cargas y aplicaciones experimentadas, incluso con carga no lineal, bajo diferentes condiciones de trabajo y variables a controlar, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios. La rapidez y calidad de la respuesta transitoria es comparable a la de otros sistemas de control publicados. Es especialmente interesante el excelente control conseguido del equilibrio del bus de continua. Además, la robustez del control permite cancelar el error estacionario aunque diferentes parámetros del sistema presenten desviaciones significativas respecto los valores esperados. El uso de la programación de ganancia junto con la técnica LQR se ha mostrado muy efectivo, puesto que permite realizar diferentes tipos de control. Se ha comprobado la congruencia entre simulaciones y resultados experimentales obtenidos, lo que valida los modelos de simulación empleados y el proceso de diseño del controlador mediante simulación. / This dissertation study, propose and carry out the main contributions in the field of three-level inverter control, using the topology Neutral-Point-Clamped, although results can be extended to other topologies and/or number of levels. A procedure for modelling is presented, based on line-switching functions, moving average operator and D-Q transformation. Then, the obtained models in D-Q frame contain complete information about system dynamics. Switching strategy is simple and can be considered as an extension of two-level sinusoidal PWM to three level. The system variables are not controlled by the switching strategy. In this work, all the system variables are controlled by the regulator, including DC-link balance. This control approach is different than the conventional one, where DC-link balance is achieved by means of a proper selection of redundant states in the switching strategy, and the other variables are controlled by the regulator. The regulator is based on the multivariable linear control technique LQR (Linear Quadratic Regulator), in combination with the non-linear adaptive control technique Gain Scheduling. Moreover, a methodology for the calculation of the controller is presented. This controller is versatile, open and adaptable. However, the controller can be built depending on the concrete specifications of each application. The controller is calculated by means of simulation using MatLab-Simulink. The mathematical models based on the switching functions of the converter give the best trade-off between simulation speed and precision. In order to validate the proposed controller, an experimental prototype has been designed and implemented. Experimental results show that the controller is useful and effective for the regulation of different loads and applications, even with non-linear loads, different operation points and variables to control, in steady-state and transitory operation. Dynamic response speed and quality are similar to other control systems in the literature. The DC-link balance control achieved is specially interesting. Furthermore, steady-state error is cancelled due to the robustness of the controller, even though significant deviation of different system parameters are present. The use of Gain-Scheduling in combination with LQR is effective, allowing the calculation of regulators with different control strategies. Good agreement between simulations and experimental results has been found. This result validates simulation models and the design method for the controller, based on simulations.

The popularity of distributed generating (DG) sources have been increasing over the past few years. With the increasing penetration of these DGs, the concept of micro grid is becoming popular. A micro grid is a small power system network with distributed generating sources which can operate seamlessly irrespective of the presence of the utility grid. Operating the micro grid in this manner increases system reliability and reduces power interruptions. However, it introduces several control challenges. This thesis aims at analysing the behaviour of a micro grid system during the transition between grid connected mode and islanded mode of operation and address the control challenges through novel schemes. With the presence of grid, the micro grid system variables, such as voltage and frequency, are strictly regulated by the grid. The local sources follow the voltage and frequency reference set by the grid and supply constant power. With the loss of grid, that is when the system is islanded, the network variables need to be regulated by the local sources. The control structures for the inverter-based sources during the two operating modes are detailed in the present work. With the loss of grid, the system should be able to transfer seamlessly to islanded mode without any transients. Similarly, when the grid supply is restored, the micro grid should seamlessly resynchronize to the grid without any transients. This thesis proposes two novel controller schemes for achieving seamless transfer between grid-connected and islanded mode in micro grids. The rst scheme uses an output feedback topology to reduce the transitions during mode transfer. The second scheme uses a Linear Quadratic Regulator (LQR) theory based compensator to achieve seamless transfer. The performance of the proposed schemes have been validated through simulations on a benchmark micro grid network for various operating conditions. An experimental micro grid set-up is developed with a single inverter based DG source. The droop control scheme for islanded mode of operation has been validated on hardware.

Submitted by JULIO CEZAR UZINSKI null (uzinski.jc@gmail.com) on 2016-12-15T21:43:22Z No. of bitstreams: 1 Uzinski JC.pdf: 2380247 bytes, checksum: 910b14a40501433136262e638e586b5f (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-12-20T16:20:21Z (GMT) No. of bitstreams: 1 uzinski_jc_dr_ilha.pdf: 2380247 bytes, checksum: 910b14a40501433136262e638e586b5f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-20T16:20:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 uzinski_jc_dr_ilha.pdf: 2380247 bytes, checksum: 910b14a40501433136262e638e586b5f (MD5) Previous issue date: 2016-11-25 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Esta tese apresenta uma parametrização no espaço de estados para a transformada wavelet rápida. Esta parametrização é baseada em funções de base ortonormal e filtros de resposta finita ao impulso simultaneamente, uma vez que, a transformada rápida wavelet é um algoritmo que consiste em decompor sinais no domínio do tempo em sequências de coeficientes baseados numa base ortogonal de funções wavelet. Deste modo, vantagens apresentadas por ambas as propostas são incorporadas. Modelos de resposta finita ao impulso têm propriedades atrativas como vantagens computacionais e analíticas, garantia de estabilidade BIBO e robustez para a mudança de alguns parâmetros, dentre outras. Por outro lado, séries de funções de base ortonormal têm características que as fazem atrativas para a modelagem de sistemas dinâmicos, como ausência de recursão da saída, a não necessidade de se conhecer previamente a estrutura exata do vetor de regressão, possibilidade de aumentar a capacidade de representação do modelo aumentando-se o número de funções ortonormais utilizadas, desacoplamento natural das saídas em modelos multivariáveis; tolerância a dinâmicas não modeladas. Além disso, a realização no espaço de estados é mínima. A contribuição deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma realização no espaço de estados para bancos de filtros wavelet, em que há a presença explícita de parâmetros que podem ser livremente ajustados mantendo as propriedades de reconstrução perfeita e ortonormalidade. Para ilustrar o funcionamento e as vantagens da técnica proposta, alguns exemplos de decomposição de sinais no contexto de processamento de sinais mostrando que ela proporciona os mesmos coeficientes wavelet que a transformada wavelet rápida, e uma aplicação em controle através de realimentação dinâmica de estados também são apresentados nesta tese. / This thesis presents a state-space parameterization for the fast wavelet transform. This parameterization is based on orthonormal basis functions and finite impulse response filters at the same time, since the fast wavelet transform is an algorithm, which converts a signal in the time domain into a sequence of coefficients based on an orthogonal basis of small finite wavelet functions. Advantages presented by both proposals are incorporated. Finite impulse response systems have attractive properties, for instance, computational and analytical advantages, BIBO stability and robustness guarantee to some parameter changes, and others. On the other hand, orthonormal basis functions have some characteristics that make them attractive for dynamic systems modeling, examples are, output recursion absence, not requiring prior regression vector exact structure knowledge; possibility of increasing the model representation capacity by increasing the number of orthonormal functions employed; natural outputs uncoupling in multivariable models; tolerance to unmodeled dynamics, and others. Furthermore, the state-space realization is minimal. The contribution of this work consists in the development of a state-space realization for a wavelet filter bank, with the explicit presence of the parameters that can be freely adjusted, keeping perfect-reconstruction and orthonormality guarantees. In order to illustrate advantages and how the proposed technique works, some decomposition examples in signal processing context are presented showing that it provides the same wavelet coefficients as the fast wavelet transform, and an application on dynamic state feedback control is also presented in this thesis. / CNPq: 160545/2013-7

Orientador: Francisco Villarreal Alvarado / Resumo: Esta tese apresenta uma parametrização no espaço de estados para a transformada wavelet rápida. Esta parametrização é baseada em funções de base ortonormal e filtros de resposta finita ao impulso simultaneamente, uma vez que, a transformada rápida wavelet é um algoritmo que consiste em decompor sinais no domínio do tempo em sequências de coeficientes baseados numa base ortogonal de funções wavelet. Deste modo, vantagens apresentadas por ambas as propostas são incorporadas. Modelos de resposta finita ao impulso têm propriedades atrativas como vantagens computacionais e analíticas, garantia de estabilidade BIBO e robustez para a mudança de alguns parâmetros, dentre outras. Por outro lado, séries de funções de base ortonormal têm características que as fazem atrativas para a modelagem de sistemas dinâmicos, como ausência de recursão da saída, a não necessidade de se conhecer previamente a estrutura exata do vetor de regressão, possibilidade de aumentar a capacidade de representação do modelo aumentando-se o número de funções ortonormais utilizadas, desacoplamento natural das saídas em modelos multivariáveis; tolerância a dinâmicas não modeladas. Além disso, a realização no espaço de estados é mínima. A contribuição deste trabalho consiste no desenvolvimento de uma realização no espaço de estados para bancos de filtros wavelet, em que há a presença explícita de parâmetros que podem ser livremente ajustados mantendo as propriedades de reconstrução perfeita e ortonormalidade. ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:52:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Joaquim Gomes Brito Filho.pdf: 577773 bytes, checksum: 0d9ad903ecdf123ced443b5b094e37aa (MD5) Previous issue date: 2006-05-31 / In this work is presented a method to solve the Eigenstructure Allocation pro- blem for multivariable dynamic systems by means of Robust Controllers Design Linear Quadratic Gaussian, LQG/LTR Loop transfer Recovery and Hierarchical Genetic Algorithm in three levels. It shows an uni¯ed method for controllers ro- bust design that are one systematical of the three stages of LQG/LTR methodo- logy. The evolutionary computation is used in the primary level that is the gain controller optimal determination to guarantee the terms of robust stability. The intermediary level, consists in the utilization of a AG to determine the Kalman state observer gain. The last level of this hierarchy consists of recovery the ro- bustness properties of the LQR design which were lost due to inclusion of the LQG loop by means of a GA. The method is veri¯ed in a dynamic system which represents an aircraft in cruzeiro speed, a LQG/LQR-hierarchic design perfor- mance analysis in the frequency domain and of time show the commitments that should be taken over in applications of the real world systems. / Apresenta-se um método para resolver o problema de Alocação de Auto-estrutura para sistemas dinâmicos multivariáveis por meio do Projeto de Controladores Ro- busto Gaussiano Linear Quadrático, Recuperação da Malha de Transferência e Algoritmo Genético Hierárquico em três níveis. Mostra-se um método unificado para o projeto de controladores robustos que são uma sistematização das três etapas da metodologia LQG/LTR. A computação evolutiva é utilizada no nível primário que é a determinação dos ganhos do controlador ótimo para garantir as condições de estabilidade robusta. O nível intermediário, consiste na utilização de um AG para determinar os ganhos de Kalman do observador de estado. O último nível desta hierarquia consiste da recuperação das propriedades de ro- bustez do projeto LQR que foram perdidas devido a inclusão da malha LQG por meio de um AG. O método é verficado em um sistema dinâmico que re- presenta uma aeronave em velocidade cruzeiro, uma análise de desempenho do projeto LQG/LQR-hierárquico no domínio da frequência e do tempo mostram os compromissos que devem ser assumidos em aplicações de sistemas do mundo real.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabio Nogueira da Silva.pdf: 1098466 bytes, checksum: a72dcced91748fe6c54f3cab86c19849 (MD5) Previous issue date: 2008-06-20 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / We present in this work the results about two neural networks methods to solve the algebraic Riccati(ARE), what are used in many applications, mainly in the Linear Quadratic Regulator (LQR), H2 and H1 controls. First is showed the real symmetric form of the ARE and two methods based on neural computation. One feedforward neural network (FNN), that de¯nes an error as function of the ARE and a recurrent neural network (RNN), which converts a constrain optimization problem, restricted to the state space model, into an unconstrained convex optimization problem de¯ning an energy as function of the ARE and Cholesky factor. A proposal to chose the learning parameters of the RNN used to solve the ARE, by making a surface of the parameters variations, thus we can tune the neural network for a better performance. Computational experiments related with the plant matrices perturbations of the tested systems in order to perform an analysis of the behavior of the presented methodologies, that are based on homotopies methods, where we chose a good initial condition and compare the results to the Schur method. Two 6th order systems were used, a Doubly Fed Induction Generator(DFIG) and an aircraft plant. The results showed the RNN a good alternative compared with the FNN and Schur methods. / Apresenta-se nesta dissertação os resultados a respeito de dois métodos neuronais para a resolução da equação algébrica de Riccati(EAR), que tem varias aplicações, sendo principalmente usada pelos Regulador Linear Quadrático(LQR), controle H2 e controle H1. É apresentado a EAR real e simétrica e dois métodos baseados em uma rede neuronal direta (RND) que tem a função de erro associada a EAR e uma rede neuronal recorrente (RNR) que converte um problema de otimização restrita ao modelo de espaço de estados em outro de otimização convexa em função da EAR e do fator de Cholesky de modo a usufruir das propriedades de convexidade e condições de otimalidade. Uma proposta para a escolha dos parâmetros da RNR usada para solucionar a EAR por meio da geração de superfícies com a variação paramétrica da RNR, podendo assim melhor sintonizar a rede neuronal para um melhor desempenho. Experimentos computacionais relacionados a perturbações nos sistemas foram realizados para analisar o comportamento das metodologias apresentadas, tendo como base o princípio dos métodos homotópicos, com uma boa condição inicial, a partir de uma ponto de operação estável e comparamos os resultados com o método de Schur. Foram usadas as plantas de dois sistemas: uma representando a dinâmica de uma aeronave e outra de um motor de indução eólico duplamente alimentado(DFIG), ambos sistemas de 6a ordem. Os resultados mostram que a RNR é uma boa alternativa se comparado com a RND e com o método de Schur.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Allan James.pdf: 3170694 bytes, checksum: 054a9e74e81a7c2099800246d0b6c530 (MD5) Previous issue date: 2012-09-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The union of methodologies for optimal control and dynamics programming has stimulated the development of algorithms for realization of discrete control systems of the type linear quadratic regulator (DLQR). The methodology is based on reinforcement learning methods based on temporal differences and approximate dynamic programming. The proposed method combines the approach of the value function by method RLS (recursive least squares) and approximate policy iteration schemes heuristic dynamic programming (HDP). The approach is directed to the assessment of convergence of the solution DLQR and the heuristic weighting matrices 􀜳 and 􀜴 of the utility function associated with DLQR. The investigation of convergence properties related to consistency, persistent excitation and polarization of the RLS estimator is performed. The methodology involved in a project achievements online DLQR controllers and is evaluated in a fourth order multivariable dynamic system. / A união das metodologias de controle ótimo e de programação dinâmica tem impulsionado o desenvolvimento de algoritmos para realizações de sistemas de controle discreto do tipo regulador linear quadrático (DLQR). A metodologia utilizada neste trabalho é fundamentada sobre métodos de aprendizagem por reforço baseados em diferenças temporais e programação dinâmica aproximada. O método proposto combina a aproximação da função valor através do método RLS (mínimos quadrados recursivos) e iteração de política aproximada em esquemas de programação dinâmica heurística (HDP). A abordagem é orientada para a avaliação da convergência da solução DLQR e para a sintonia heurística das matrizes de ponderação 􀜳 e 􀜴da função de utilidade associada ao DLQR. É realizada a investigação das propriedades de convergência relacionadas à consistência, excitação persistente e polarização do estimador RLS. A metodologia contempla realizações de projetos de forma online de controladores DLQR e é avaliada em um sistema dinâmico multivariável de quarta ordem.

This thesis describes the process of rebuilding an experimental model of a single pendulum on a cart into the double pendulum on a cart. The control algorithm in MATLAB/Simulink environment for stabilization of the pendulum in the inverse position is designed. For this purpose, LQR state feedback control was implemented. Also method for swinging the pendulum into inverse position from stable state (swing-up) was designed. Feedforward method was utilised for swing-up control. In the thesis, functionality of these algorithms is shown.

This thesis proposes and evaluates a new cooperative guidance law called General Vector Explicit - Impact Time and Angle Control Guidance (GENEX-ITACG). The motivation for GENEX-ITACG came from an explicit trajectory shaping guidance law called General Vector Explicit Guidance (GENEX). GENEX simultaneously achieves design specifications on miss distance and terminal missile approach angle while also providing a design parameter that adjusts the aggressiveness of this approach angle. Encouraged by the applicability of this user parameter, GENEX-ITACG is an extension that allows a salvo of missiles to cooperatively achieve the same objectives of GENEX against a stationary target through the incorporation of a cooperative trajectory shaping guidance law called Impact Time and Angle Control Guidance (ITACG). ITACG allows a salvo of missile to simultaneously hit a stationary target at a prescribed impact angle and impact time. This predetermined impact time is what allows each missile involved in the salvo attack to simultaneously arrived at the target with unique approach angles, which greatly increases the probability of success against well defended targets. GENEX-ITACG further increases this probability of kill by allowing each missile to approach the target with a unique approach angle rate through the use of a user design parameter. The incorporation of ITACG into GENEX is accomplished through the use of linear optimal control by casting the cost function of GENEX into the formulation of ITACG. The feasibility GENEXITACG is demonstrated across three scenarios that demonstrate the ITACG portion of the guidance law, the GENEX portion of the guidance law, and finally the entirety of the guidance law. The results indicate that GENEX-ITACG is able to successfully guide a salvo of missiles to simultaneously hit a stationary target at a predefined terminal impact angle and impact time, while also allowing the user to adjust the aggressiveness of approach.