Orientador: Edvaldo Assunção / Banca: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Cristiano Quevedo Andrea / Banca: Márcio Roberto Covacic / Resumo: Neste trabalho sao propostas metodologias de modificacao de zeros para solucionar o problema do rastreamento do sinal de referencia em sistemas discretos determinısticos, sistemas discretos incertos e sistemas discretos nao-lineares considerando-se uma entrada de perturbacao na planta. Em um primeiro momento e projetado um controlador discreto para minimizar a norma H∞ entre a entrada ex'ogena e o sinal de saıda com o objetivo de reduzir o efeito da perturbacao sobre a saıda do sistema determinıstico. Posteriormente, minimiza-se a norma H∞ entre o sinal de referencia e o erro de rastreamento atraves da modificacao otima de zeros do sistema discreto, constituindo desta maneira o rastreador de sinal de referencia. Essa nova estrutura de projeto do controlador e estendida para o projeto do controlador robusto H∞, supondo incertezas politopicas na planta e tambem para sistemas nao-lineares. No caso de sistemas com incertezas politopicas na planta, um controlador discreto e projetado para minimizar o custo garantido H∞ entre a entrada exogena e o sinal de saıda com o objetivo de reduzir o efeito da perturbacao sobre a saıda do sistema discreto incerto. Posteriormente e projetado um rastreador para sinais de referˆencia em sistemas com incertezas politopicas, utilizando-se modificacao de zeros. Por fim, estende-se a metodologia de rastreamento do sinal de referencia com rejeicao do disturbio para sistemas nao-lineares. A formulacao do projeto e descrita na forma de inequacoes matriciais lineares, pois estas permitem a descricao de problemas de otimizacao convexa / Abstract: The tracking problems in uncertain, deterministic and nonlinear discrete time systems, with the presence of a disturbance signal in the plant, are solved in this work proposing a zero variation methodology. A discrete state feedback controller is designed in order to minimize the H∞-norm between the exogen input and the output signal, such that the effect of the disturbance is attenuated in deterministic systems. After, the tracking problem is solved using the variation of the zeros minimizing the H∞-norm from the reference input signal to the error tracking signal. This new structure is extended to design of H∞ robust controller, supposing politopic uncertainties and other one supposing nonlinearities in the plant. In uncertain systems case, a discrete controller is designed in order to minimize the H∞ guaranteed cost between the exogen input and the output signal such that the effect of the disturbance is attenuated in uncertain systems. Then, the tracking problem in uncertain systems is solved using the variation of the zeros minimizing the H∞ guaranteed cost from the reference input signal to the error tracking signal. Finally, the zero variation methodology is extended to nonlinear systems. The design is formulated in the Linear Matrix Inequalities (LMI) framework, such that the optimal solution of the stated control problem is obtained when feasible solution exists / Doutor

Nesta Dissertação são propostos dois esquemas de controle para sistemas não-lineares com atraso. No primeiro, o objetivo é controlar uma classe de sistemas incertos multivariáveis, de grau relativo unitário, com perturbações não-lineares descasadas dependentes do estado, e com atraso incerto e variante no tempo em relação ao estado. No segundo, deseja-se controlar uma classe de sistemas monovariáveis, com parâmetros conhecidos, grau relativo arbitrário, atraso arbitrário conhecido e constante na saída. Admitindo-se que o atraso na entrada pode ser deslocado para a saída, então, o segundo esquema de controle pode ser aplicado a sistemas com atraso na entrada. Os controladores desenvolvidos são baseados no controle por modo deslizante e realimentação de saída, com função de modulação para a amplitude do sinal de controle. Além disso, observadores estimam as variáveis de estado não-medidas. Em ambos os esquemas de controle propostos, garante-se propriedades de estabilidade globais do sistema em malha fechada. Simulações ilustram a eficácia dos controladores desenvolvidos. / Two control schemes for nonlinear time-delay systems are proposed in this thesis. The purpose of the first scheme is to control a class of uncertain multivariable systems, with relative degree one, nonlinear unmatched state dependent disturbances, and uncertain time-varying state delay. The purpose of the second scheme is to control a class of single-input-single-output systems, with known parameters, arbitrary relative degree, with constant and known arbitrary output delay. Assuming that input delays can be transferred to the output, so the second scheme can be applied to systems with input time-delay. The developed controllers are based on sliding mode control and output feedback, with modulation function to the control signal amplitude. Furthermore, observers estimate unmeasured state variables. In both schemes, global stability properties of the closed loop system are guaranteed. Simulations illustrate the effectiveness of the proposed approaches.

Este trabalho trata do problema de controle H-infinito de uma classe de sistemas lineares com saltos Markovianos (MJLS) a tempo contínuo, onde a cadeia de Markov toma valores em um conjunto infinito enumerável. Um bounded real lemma (que chamamos JBRL) é desenvolvido, estabelecendo que a factibilidade de um conjunto infinito de desigualdades matriciais lineares (LMIs) interconectadas é necessária e suficiente para que um dado sistema seja estocasticamente estável (SS) e atenda a um desempenho H-infinito prescrito. O problema H-infinito estudado consiste na atenuação do efeito que perturbações estocásticas de energia finita causam na saída de um sistema, no pior caso. Neste problema, conhecido na literatura como "disturbance attenuation" (DA), assumimos ainda que o controlador somente tem acesso ao processo de saltos e a uma saída do sistema. Os controladores de interesse devem garantir que tanto a estabilidade (SS) quanto um desempenho H-infinito sejam observados no sistema em malha fechada - donde as condições impostas pelo JBRL são determinantes para a existência de soluções. Um importante aspecto dessa nova abordagem é que ferramentas tão fundamentais quanto o Complemento de Schur ou o Lema da Projeção, p.ex., não podem mais ser usados para manipular os conjuntos de LMIs infinitamente acopladas - tal dificuldade é contornada pela introdução de versões estendidas desses resultados, no início do trabalho. Um dos principais resultados deste trabalho caracteriza a existência de soluções através de dois problemas LMI complementares, um dos quais torna possível o design computacional de controladores. Por fim, são apresentados algoritmos para a construção prática de controladores, ótimos ou sub-ótimos, dando origem a um conjunto de ferramentas que, especialmente no caso em que a cadeia de Markov é finita, podem ser implementadas computacionalmente de maneira imediata. Mesmo no caso finito, os resultados da tese são mais fortes do que aqueles atualmente encontrados na literatura.

Nesta Dissertação são propostos dois esquemas de controle para sistemas não-lineares com atraso. No primeiro, o objetivo é controlar uma classe de sistemas incertos multivariáveis, de grau relativo unitário, com perturbações não-lineares descasadas dependentes do estado, e com atraso incerto e variante no tempo em relação ao estado. No segundo, deseja-se controlar uma classe de sistemas monovariáveis, com parâmetros conhecidos, grau relativo arbitrário, atraso arbitrário conhecido e constante na saída. Admitindo-se que o atraso na entrada pode ser deslocado para a saída, então, o segundo esquema de controle pode ser aplicado a sistemas com atraso na entrada. Os controladores desenvolvidos são baseados no controle por modo deslizante e realimentação de saída, com função de modulação para a amplitude do sinal de controle. Além disso, observadores estimam as variáveis de estado não-medidas. Em ambos os esquemas de controle propostos, garante-se propriedades de estabilidade globais do sistema em malha fechada. Simulações ilustram a eficácia dos controladores desenvolvidos. / Two control schemes for nonlinear time-delay systems are proposed in this thesis. The purpose of the first scheme is to control a class of uncertain multivariable systems, with relative degree one, nonlinear unmatched state dependent disturbances, and uncertain time-varying state delay. The purpose of the second scheme is to control a class of single-input-single-output systems, with known parameters, arbitrary relative degree, with constant and known arbitrary output delay. Assuming that input delays can be transferred to the output, so the second scheme can be applied to systems with input time-delay. The developed controllers are based on sliding mode control and output feedback, with modulation function to the control signal amplitude. Furthermore, observers estimate unmeasured state variables. In both schemes, global stability properties of the closed loop system are guaranteed. Simulations illustrate the effectiveness of the proposed approaches.

As futuras utilizações de sistemas de controle em automóveis seguirão a tendência de integração, através do desenvolvimento de sistemas de controle integrados capazes de coordenar as ações dos vários subsistemas que compõem o veículo. Esta coordenação e integração requerem que as integrações entre os subsistemas sejam levadas em conta já nos primeiros estágios de projeto, levando ao desenvolvimento de modelos completos de veículos. Neste sentido, o comportamento dinâmico de um veículo de quatro rodas é analisado através de técnicas de modelagem de sistemas multicorpos utilizando-se o programa ADAMS. Posteriormente, são gerados modelos lineares obtidos através do Jacobiano das equações do modelo original, resultando em uma gama de equações na forma de espaço de estados. O modelo linearizado é então submetido a vários tipos de simulações e os resultados são comparados às respostas do modelo não linear de modo a validar as aproximações lineares em diferentes condições de operação do veículo. São também desenvolvidos dois sistemas de controle de suspensão baseados em técnicas de controle ótimo como duas diferentes abordagens: um controlador skyhook que foi implementado no modelo não linear desenvolvido no ADAMS e um controle de suspensão baseado em um controlador RLQ (Regulador Linear Quadrático), com realimentação de saída que utiliza os modelos linearizados na forma de espaço de estados, sendo este último implementado através da co-simulação ADAMS/Matlab. O sistema de controle de suspensão desenvolvido é um primeiro passo na tentativa de projeto de um sistema de controle integrado do movimento. / Future applications of control in automotive vehicles will follow a trend towards system integration, leading ultimately to the development of integrated vehicle control systems capable of coordinating the action of the various subsystems. The coordination and integration of automotive vehicle subsystems require the interaction amongst the various subsystems to be taken into consideration at the control design stages, resulting in full vehicle models. Therefore, a nonlinear 10 degree of freedom model is obtained through MBS modelling techniques present in ADAMS package software. Then, a linear model is obtained by linearization of the system equations through the Jacobian facility also present in ADAMS. The resulting linearised models are simulated and their response are compared to the previous non-linear one in order to validate the linear approximations. This work also presents two distincts suspension control systems based in optimal control theory: a skyhook controler designed at ADAMS (with the non-linear vehicle model) and a LQR (Linear Quadratic Regulator) with output feedback based on the state space linear vehicle model. This last one was designed through ADAMS/Matlab co-simulation facilities. This designed suspension control is a first attempt to future developments of integrated vehicle control.

L'objectif principal de ce travail de recherche est de contrôler l'évolution de la distribution des tailles de cristaux (DTC) dans un procédé de cristallisation en batch. Nous avons été amenés à chercher une résolution numérique du bilan de population et à proposer un algorithme rapide et précis. La méthode numérique a été étendue au cas de la taille des cristaux multidimensionnels en utilisant un maillage mouvant. Nous avons étudié le problème de la commandabilité du système à partir de son modèle discrétisé et puis à partir du modèle continu. Nous avons conçu une loi de commande en boucle fermée pour atteindre la DTC désirée à partir de la condition initiale. Pour compenser l'incertitude des paramètres du modèle, nous avons ajouté un second contrôle par retour d'état afin d'assurer la poursuite de la DTC désirée en présence de l'incertitude des paramètres. Nous avons construit un observateur qui nous permet d'avoir en ligne l'estimation des variables d'états. Ces variables d'état estimées sont utilisées dans la synthèse de la loi du contrôle / The main objective of this research is to control the evolution of the Crystal Size Distribution (CSD) in a batch crystallization process. We are led to study a numerical resolution of the population balance and propose an algorithm for fast and accurate simulation. This method was extended to the case of the two-dimensional crystal by using a moving mesh. We studied the problem of controllability of the system from its discretized model and then from the continuous model. To compensate the uncertainty of the model parameters, we added the second state feedback control to ensure the tracking of the desired CSD in presence of parameter uncertainty. We constructed an observer who provides us with on-line estimation of state variables. These state variables estimated are used in the control law synthesis

Le but de cette thèse est de présenter de nouveaux résultats sur l'analyse et la synthèse de systèmes à retard. Dans la première partie, nous étendons l'utilisation du système invariant d'ordre fini, appelé "système de comparaison", à la conception d'un contrôleur qui dépend non seulement de la sortie à l'heure actuelle et du délai maximum, mais également d'un nombre arbitraire de valeurs entre celles-ci. Cette approche nous permet d'augmenter le délai maximal stable sans exiger d'informations supplémentaires. Les méthodes présentées ici concernent la conception de systèmes de contrôle avec des retards en utilisant des routines numériques classiques basées sur la théorie Hoo. La deuxième partie de ce travail traite d'une nouvelle approche pour développer une enveloppe englobant tous les pôles d'un système à retard. Grâce aux LMIs, nous sommes en mesure de déterminer les enveloppes pour les systèmes à retard du type retardé et du type neutre. Les enveloppes proposées sont non seulement plus étroites que celles de la littérature, mais, avec notre procédure, elles peuvent également être appliquées pour vérifier la stabilité du système et pour projeter contrôleurs de retour d'état qui répondent aux exigences de conception relatives à alpha-stabilité et sont robustes face aux incertitudes paramétriques. Les systèmes fractionnaires sont également discutés dans les deux chapitres mentionnés ci-dessus. La troisième et dernière partie étudie les systèmes stochastiques avec des retards. Nous discutons d'abord des systèmes à temps continu soumis à des sauts de Markov. Nous définissons la stabilité et obtenons des LMIs pour le contrôle par retour d'état de telle sorte que la relation entre les taux de transition entre les modes soit affine, ce qui permet donc de traiter le cas dans lequel les taux sont incertains. Nous discutons ensuite des systèmes positifs avec retards, tant pour le cas continu que pour le cas discret. Des systèmes équivalents sont obtenus et la stabilité dépendante du retard est abordée. De nombreux exemples sont illustrés tout au long de la thèse. / The aim of this dissertation is to present new results on analysis and control design of time-delay systems. On the first part, we extend the use of a finite order LTI system, called 'comparison system', to design a controller which depends not only on the output at the present time and maximum delay, but also on an arbitrary number of values between those. This approach allows us to increase the maximum stable delay without requiring any additional information. The methods presented here consider time-delay systems control design with classical numeric routines based on Hoo theory. The second part of this work deals with a new approach to develop an envelope that engulfs all poles of a time-delay system. Through LMIs, we are able to determine envelopes for retarded and neutral time-delay systems. The envelopes proposed are not only tighter than the ones in the literature but, with our procedure, they can also be applied to verify the stability of the system and design state-feedback controllers which cope with design requirements regarding alpha-stability and are robust in face of parametric uncertainties. Fractional systems are also discussed for both chapters mentioned above. The third and last part studies stochastic time-delay systems.First we discuss continuous-time systems that are subjected to Markov jumps. We define stability and obtain LMIs for the state-feedback control in such a way that the relation with the transition rates between the modes is affine, allowing, therefore, to treat the case in which the rates are uncertain. We then discuss positive systems with delays, both for the continuous case as for the discrete case. Equivalent systems are obtained and delay dependent stability is addressed. A fair amount of examples are presented throughout the dissertation.

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This diploma’s thesis discourses the cryptographic systems and ciphers, whose function, usage and practical implementation are analysed. In the first chapter basic cryptographic terms, symmetric and asymetric cryptographic algorithms and are mentioned. Also usage and reliability are analysed. Following chapters mention substitution, transposition, block and stream ciphers, which are elementary for most cryptographic algorithms. There are also mentioned the modes, which the ciphers work in. In the fourth chapter are described the principles of some chosen cryptographic algorithms. The objective is to make clear the essence of the algorithms’ behavior. When describing some more difficult algorithms the block scheme is added. At the end of each algorithm’s description the example of practical usage is written. The chapter no. five discusses the hardware implementation. Hardware and software implementation is compared from the practical point of view. Several design instruments are described and different hardware design programming languages with their progress, advantages and disadvantages are mentioned. Chapter six discourses the hardware implementation design of chosen ciphers. Concretely the design of stream cipher with pseudo-random sequence generator is designed in VHDL and also in Matlab. As the second design was chosen the block cipher GOST, which was designed in VHDL too. Both designs were tested and verified and then the results were summarized.