Este trabalho propõe um método de projeto para controladores com realimentação de saída de estrutura fixa, considerando como especificações do projeto o desempenho da malha fechada, escrito através de funções de ponderação de malha fechada no domínio da frequência, além de robustez a incertezas estruturadas e não estruturadas. A contribuição é um método de projeto simples e direto para encontrar as leis de controle com estrutura predefinida que estejam em conformidade com as especificações, utilizando otimização do valor singular estruturado. O método é aplicado a um problema típico da indústria aeronáutica, o projeto de leis de controle de voo longitudinal. Neste trabalho, critérios de robustez e qualidade de voo são incluídos no processo desde a formulação do projeto, segundo a teoria de controle robusto. Os resultados desta aplicação são avaliados utilizando técnicas de controle robusto, além de critérios clássicos de qualidade de voo. Os resultados mostram que a lei de controle obtida incluindo as incertezas no projeto, pode proporcionar melhor robustez de desempenho que o projeto realizado para a planta nominal apenas. O método proposto permite também projeto e análise de leis de controle considerando o escalonamento de ganhos.

Este trabalho apresenta duas novas abordagens para a síntese de controladores H? com formatação de malha. O projeto de controladores H? com formatação de malha combina os conceitos de controle clássico com a otimização H?. O método compreende duas etapas sequenciais: a primeira consiste na formatação da planta nominal e na seleção de pré e pós-compensadores utilizados para moldar a resposta em frequência do sistema para satisfazer determinados requisitos de desempenho e estabilização robusta. Na segunda etapa, o raio de estabilidade é otimizado em relação à incertezas não-paramétricas descritas como distúrbios em fatoração coprima da planta formatada. Neste contexto, busca-se neste trabalho, provar que é possível também incorporar incertezas paramétricas e parâmetros variantes no tempo em sua formulação. Assim, duas novas condições de síntese para o projeto de controladores H? com formatação de malha utilizando desigualdades matriciais lineares (LMIs) foram derivadas. Por fim, exemplos práticos são apresentados ilustrando a eficiência dos métodos propostos em termos da acurácia dos resultados.

Este trabalho apresenta os resultados da aplicação de três técnicas de controle utilizadas no projeto e implementação do controle de um manipulador subatuado planar de três juntas em série e de elos rígidos, projetado e construído pela Universidade Carnegie Mellon, EUA. Devido ao alto grau de não-linearidade deste sistema, seria muito difícil implementar um controlador H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 que atuasse sozinho. Assim, propõe-se a utilização de um método de controle combinado: torque computado/H2, H&#8734 ou H2/H&#8734. No controle combinado, a porção correspondente ao torque computado lineariza e pré-compensa a dinâmica do modelo da planta nominal, enquanto a porção correspondente ao controle H2, H&#8734 ou H2/H&#8734 realiza uma pós-compensação dos erros residuais, que não foram completamente eliminados pelo método torque computado. Testes de acompanhamento de trajetória e testes de robustez são realizados aqui para comprovar a eficiência destes controladores, com resultados de implementação bastante satisfatórios. / This work presents the application results of three control techniques used for the control design and implementation of a serial planar underactuated manipulator with three joints and rigid links, designed and built by the Carnegie Mellon University, USA. Due to the high non-linearity degree of this system, it would be very difficult to implement an H2, H&#8734 or H2/ H&#8734 control which would actuate on the system by itself. Therefore, it is proposed a combined control method: computed torque/ H2, H&#8734 or H2/H&#8734. In the combined control, the portion corresponding to the computed torque linearizes and pre-compensates the dynamics of the nominal model, while the portion corresponding to the H2, H&#8734 or H2/H&#8734 control realizes a pos-compensation of the residual errors, not completely removed by the computed torque method. Trajetory tracking and robustness tests are performed here to demonstrate the efficiency of these controllers, with very satisfatory implementation results.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:49Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-08-30Bitstream added on 2014-06-13T20:21:16Z : No. of bitstreams: 1 souza_wa_dr_ilha.pdf: 2047760 bytes, checksum: 8e0dca06c80251e6c3a1e6e46925aa1a (MD5) / Esta tese propõe novos métodos de projeto de controle chaveado para algumas classes de sistemas: lineares com incertezas politópicas e não lineares incertos descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno. Inicialmente são propostos métodos que utilizam uma função quadrática de Lyapunov e a estabilidade quadrática é utilizada para projetar vários ganhos do controlador, baseado em desigualdades matriciais lineares (do inglês Linear Matrix Inequalities - LMIs). Os controladores propostos são compostos por um único ganho que é escolhido por uma lei de chaveamento que retorna o menor valor da derivada temporal da função quadrática de Lyapunov. Para o caso linear, os controladores concebidos apresentam um melhor desempenho quando comparados com o controlador que emprega um único ganho de realimentação do estado normalmente implementado, e as LMIs utilizadas para encontrar os ganhos são mais relaxadas. Para o caso não linear, os controladores propostos também apresentaram um bom desempenho e eliminam a necessidade de encontrar as expressões explícitas das funções de pertinência que muitas vezes podem ter expressões longas e/ou complexas, ou serem desconhecidas devido às incertezas na planta. Em seguida foram propostos novos métodos de projeto de controle chaveado e um novo critério de estabilidade para sistemas não lineares incertos descritos por modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O projeto do controlador chaveado é baseado na função de Lyapunov quadrática por partes do tipo mínimo e na minimização da derivada temporal desta função de Lyapunov. As condições do novo critério de estabilidade são representadas por um tipo de desigualdades matriciais bilineares (do inglês Bilinear Matrix Inequalities - BMIs) que podem ser resolvidas de forma eficiente pelo método... / This thesis proposes new switched control design methods for some classes of linear systems with polytopic uncertainties and uncertain nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. Initially, are proposed methods that use a quadratic Lyapunov function and quadratic stability to design, based on Linear Matrix Inequalities (LMIs), the feedback gains. The controller gain is chosen by a switching law that returns the smallest value of the time derivative of the quadratic Lyapunov function. For the linear case, the proposed methodology presents a better performance when compared with the controller usually implemented which uses only one state feedback gain and the LMIs for finding the switched gains are more relaxed. For nonlinear plants described by Takagi-Sugeno fuzzy models, the proposed controller also presented good performance and eliminates the need to obtain the explicit expressions of the membership functions of the Takagi-Sugeno fuzzy controllers, which can often have long and/or complex expressions, or may not be known, for instance due to the plant uncertainties. The design of the switched controllers is based on a minimum-type piecewise quadratic Lyapunov function and the minimization of the time derivative of this Lyapunov function. The conditions of the new stability criterion are represented by a kind of Bilinear Matrix Inequalities (BMIs) that can be efficiently solved by the path-following method. Furthermore, the proposed switched controller can also operate even with an uncertain reference control signal. To verify the efficacy of the proposed methodology are presented numerical simulations, including robust nonlinear control designs of a ball-and-beam system and of a magnetic levitator, and finally a robust... (Complete abstract click electronic access below)

Orientador: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Resumo: O principal objetivo do trabalho é explorar a técnica de controle robusto com Modos Deslizantes para a acomodação e atenuação de uma falha no sinal de controle de um helicóptero. Foram projetados dois controladores, o Controle com Estrutura Variável e Modos Deslizantes contínuo no tempo (CEV/MD), e o segundo é o Controle Discreto com Modos Deslizantes (CDMD). Foi usado um modelo matemático não linear que representa um simulador de voo (Helicóptero 3-DOF da Quanser R ), que é um equipamento útil para o ensino, aplicação e desenvolvimento de técnicas de controle robusto. Os resultados experimentais obtidos, fazem uma comparação entre o controle contínuo e o controle discreto. Para que essa comparação seja feita foi inserida uma falha no sinal de controle. Mesmo diante das diferenças na resposta do sinal de controle, entre os controladores, o sistema teve um bom desempenho quando controlado pelo CEV/MD e CDMD, mostrando assim a eficiência da técnica de controle com Modos Deslizantes / Abstract: The main objective of this work is the exploration of the robust control technique with Sliding Mode (VSC-SM) for fault accommodation and attenuation in an aircraft's propulsion system. Two controllers were designed, Variable Structure Control with Sliding Mode (VSCSM) and Discrete Control with Sliding Modes (DCSM). For that, it was used a mathematical model of a flight Simulator of a Quanser's helicopter, named as 3-DOF Helicopter, which is an excellent module for teaching, application and development of robust control techniques. The results obtained in digital simulations show great performance of the system in fault when controlled by VSC-SM and DCSM / Mestre

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-25T23:24:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 294740.pdf: 1624748 bytes, checksum: 90ef655dc1d50f927f198a4ac7a6198d (MD5) / Algoritmos de controle preditivo baseado em modelo se destacam pela capacidade de lidar com aspectos relevantes, os quais estão presentes em grande parte dos problemas de controle avançado. Entre estes aspectos pode-se ressaltar a capacidade de tratar restrições nas variáveis envolvidas e a possibilidade de lidar, de forma natural, com sistemas não lineares, sistemas multivariáveis e processos com atraso. Particularmente com relação ao efeito do atraso, este é tratado implicitamente devido à utilização de predições e à obtenção do sinal de controle que otimiza um critério baseado nestas predições. Desta forma, a compensação do atraso é realizada no contexto do problema de otimização. No entanto, o atraso pode dificultar a obtenção de elementos que garantem estabilidade e/ou robustez. Além disso, sabe-se que estratégias tradicionais como o GPC (do inglês Generalized Predictive Control) e o DMC (do inglês Dynamic Matrix Control) apresentam problemas de robustez que estão relacionados ao tamanho do atraso. Neste trabalho será considerado o problema da compensação de atraso robusta para controladores preditivos. O principal objetivo é discutir a maneira pela qual o atraso afeta a robustez no contexto de controladores preditivos para sistemas lineares com atraso e restrições. Desta maneira, é possível garantir estabilidade e satisfação robusta de restrições para um sistema com atraso, utilizando estratégias de controle preditivo baseadas em modelos sem atraso.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2012-10-22T16:44:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 231334.pdf: 17305413 bytes, checksum: 53b56e7f94fab2eb8f87e7ef3e30a66c (MD5) / Equipamentos industriais geramente são sujetos a vibrações mecânicas não desejadas que comprometem sua operação e integridade. Além disso, causam incômodo para o operador na forma de ruído. Desta observação surge a necessidade de controlar as vibrações e o ruído radiado. Atualmente existem várias abordagens de atenuação de ruído e vibrações as quais podem ser dividas em dois grupos: atenuação utilizando o controle passivo e o controle ativo. Quando o controle passivo não chega a ser possível ou eficiente, o controle ativo se torna necessário. Um sistema de controle ativo atenua a vibração ou ruído acústico medindo e contra-atuando a perturbação não desejada. O primeiro foco desta tese é prever a atenuação da perturbação, dependando do algorítmo de controle utilizado. A possibilidade de atenuar a radiação sonora de uma estrutura fechada é investigada nesse trabalho. O controle ativo é geralmente focalizado na região de baixas freqüências, porém este trabalho de pesquisa propõe uma solução para controlar globalmente a vibração de uma estrutura complexa em qualquer faixa de freqüência desejada. Todas as teorias desenvolvidas nesse trabalho foram comprovadas com experimentos.

Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2009 / Bibliografia: f. 53-58 / Este trabalho aborda o problema de controle robusto H¥ para sistemas lineares sujeitos a restrições no controle e na saída, em tempo discreto. Deseja-se encontrar um controlador por realimentação de saída, de ordem menor ou igual do sistema (reduzida ou c / This work deals with the H¥ robust control problem for linear systems subject to control and output constraints in discrete time. A dynamic output feedback controller able to handle with the parametric uncertainties of the system is considered. It can be

COSTA, M. V. S. Controle MPC robusto aplicado ao conversor Boost CCTE otimizado por inequações matriciais lineares. 2017. 178 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-06T17:10:36Z No. of bitstreams: 1 2017_tese_mvscosta.pdf: 5929867 bytes, checksum: 81ddf2f8352a8740c1bfba2216f43bfa (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2017-09-06T17:11:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_tese_mvscosta.pdf: 5929867 bytes, checksum: 81ddf2f8352a8740c1bfba2216f43bfa (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-06T17:11:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_tese_mvscosta.pdf: 5929867 bytes, checksum: 81ddf2f8352a8740c1bfba2216f43bfa (MD5) Previous issue date: 2017-07-21 / This work proposes a MPC predictive control strategy applied to a three-state switching cell boost (3SSC) converter that gives more simplicity and systematization to the control design steps and analysis. The integral gain controller can adjusted, eliminating the re-design the weighting matrices. Besides, the stability elipsoid theory are used to simplify the stability analysis of converter. The proposed MPC begins using the linear time varying (LTV) model plant. The parameters variations are considered polytopic uncertainties using linear matrix inequalities approach (LMIs) with relaxations. Theoretical and experimental aspects are applied and analyzed to a 1 kW 3SSC boost converter with voltage input and load uncertainties. To 500 W experimental test, it is considered load and voltage input steps variations. To 1000 W experimental test, it is only considered load steps variation. Also, the proposed MPC-LMI is compared with a classical LQI known in the literature. Theoretical-experimental aspects are applied and analyzed in a 1 kW converter with uncertainties in the input voltage and load. For the experiments, the voltage and load step tests for the 500 W project and a load step test for the 1000 W one were considered. In addition, to establish a performance reference, the proposed MPC is compared with the classic LQR controller known in the literature. The proposed control strategy presents advantages considering the variations of the model due to load tests in DC-DC 3SSC boost applications, being a feasible proposal in solving problems for high-performance converters. / Este trabalho propõe uma estratégia de controle preditivo MPC aplicado a um conversor boost com célula de comutação em 3 estados (CCTE) que confere mais simplicidade e sistematização nas fases de projeto e análise do controlador. O ganho integral do controlador pode ser ajustável, dispensando o reprojeto nas matrizes de ponderação. Para simplificar a análise de estabilidade do controlador, utiliza-se o conceito de elipsóides de estabilidade. O controle MPC proposto parte da modelagem da planta no espaço de estados médio linear e variante no tempo (LTV). As variações paramétricas, no contexto deste trabalho, são tratadas como incertezas politópicas expressas por meio de desigualdades matriciais lineares (LMIs) com relaxações. Aspectos teórico-experimentais são aplicados e analisados em um conversor boost CCTE de 1 kW com incertezas na tensão de entrada e na carga. Para os ensaios, são considerados os testes de degrau de tensão e de carga para o projeto em 500 W e para o degrau de carga com operação em 1000 W . Além disso, para estabelecer uma base de desempenho, o MPC proposto é comparado com o controlador LQI clássico conhecido na literatura. A estratégia de controle proposta apresenta vantagens considerando as variações do modelo decorrente dos testes de cargas em aplicações boost CC-CC do tipo CCTE, sendo uma proposta viável na solução de problemas em conversores de alto rendimento.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-26T12:01:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 304085.pdf: 1844449 bytes, checksum: 2f694d17c6cdffdc63fdb715b77a2765 (MD5) / Condições de operação com elevados fluxos entre áreas podem reduzir o amortecimento de modos de oscilação inter-áreas. Um fator adicional à redução do amortecimento destes modos são as características de sistemas de potência modernos em que investimentos na expansão da rede são limitados, não acompanhando o aumento do carregamento, conduzindo a operação para a proximidade dos limites de segurança. A solução convencional para elevação do amortecimento dos modos inter-áreas é a aplicação de sinais estabilizadores nos reguladores de tensão das máquinas síncronas das unidades geradoras do sistema, considerando como sinais de entrada, dentre outros, a velocidade angular do rotor do gerador ou a potência acelerante do gerador, ambos sinais locais. A baixa controlabilidade dos modos de oscilação inter-áreas a partir das unidades geradores, ou até a baixa observabilidade destes modos nos sinais locais de entrada dos estabilizadores instalados nas máquinas síncronas, representam as principais dificuldades para elevar o amortecimento destes modos. A controlabilidade das unidades geradoras não pode ser aumentada por se tratarem de instalações fixas. Já para a observabilidade, utilizando métodos de medição fasorial sincronizada, pode-se obter um sinal remoto portador de informações melhores do que aquelas obtidas com o sinal local. Os equipamentos FACTS desenvolvidos para controle de tensão e fluxo de potência também podem ser fontes de amortecimento para elevar as margens de segurança do sistema e permitir aumento do carregamento. Com a flexibilidade de instalação dos equipamentos FACTS, pode-se determinar a instalação em local que proporcione elevada controlabilidade dos modos de oscilação de interesse e, através de medição fasorial, considerar na entrada do controlador qualquer sinal que apresente elevada observabilidade deste mesmo modo. No Sistema Interligado Nacional os equipamentos FACTS são utilizados principalmente para controle de tensão e fluxo de potência. Neste trabalho são propostos sinais estabilizadores para os equipamentos FACTS já instalados no Sistema Interligado Nacional para prover amortecimento aos modos inter-áreas que apresentam amortecimento insatisfatório. Para o projeto dos sinais estabilizadores adicionais, aplicam-se técnicas de controle clássico e de controle robusto. Os desempenhos de amortecimento e robustez dos controladores clássicos e dos controladores robustos são comparados através da aplicação de contingências e avaliação do pseudo-espectro do sistema compensado. / Conditions of operation with high power flow between areas can reduce the oscillation damping of inter-area modes. An additional factor that reduce the damping of these modes are the modern characteristics of power systems in which investments in the grid expansion are limited, do not follow the increasing load, leading to the operation close to the security limits. The conventional solution to increase the damping of inter-area modes is the use of stabilizing signals. These signals are applied to the voltage regulators of the synchronous machine at generating units and are derived from the angular velocity of the generator, the accelerating power of de generator, among others. The low controllability of the inter-areas oscillation modes from the generating units, or low observability of this modes at the usually local input signals of the stabilizers installed in synchronous machines, are the major difficulties to increase the damping of these modes. The problem of controllability of the generating units can not be solved since the machines are fixed. For the observability, using phasor measurement, a remote signal can be obtained with better information content on the mode of interest than that obtained with the local signal. The FACTS devices developed for power flow and voltage control can also be sources of damping to increase the security margins of the system and allow increasing load. Due to the FACTS installation flexibility, one can determine the installation location to provide high controllability of the oscillation modes of interest and through phasor measurement, the controller can use the input signal that provides high observability of the same mode. In the Brazilian National Interconnected System FACTS devices are mainly used for voltage and power flow control. This work propose stabilizing controls for FACTS devices already installed in the National Interconnected System to provide additional damp to poorly damped inter-area modes. For the design of the additional stabilizers signals design classic and robust control techniques are applied. The damping and robustness of the classical and robust controllers are compared by the application of contingencies and evaluation of the pseudo-spectrum of the controlled system.