[pt] Esta tese considera o problema do estudo de um compensador capaz de estabilizar um sistema desacoplado, linear, invariante no tempo, multivariável. Este problema da estabilização é da maior importância, dado que o desacoplamento não tem significado, se o sistema resultante for instável, não podendo através de uma realimentação de estado ser estabilizado. O compensador de mínima ordem apresentado tem a propriedade de permitir que todos os pólos instáveis do sistema possam ser modificados através de uma realimentação, sendo mantido o desacoplamento. / [en] This thesis considers the problem of designing a compensator which stabilizes a decoupled, linear, time- invariant, multivariable system. The stabilization problem is one of the greatest importance because decoupling is meaningless if the feedback to stabilize it. The minimum order compensator presented here has the property of permitting the stabilzation of unstable poles throught feedback while maintaining non-interaction.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T04:17:07Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-08T23:14:11Z : No. of bitstreams: 1 141853.pdf: 1471159 bytes, checksum: 2a643585da9555b483a8df938ad7ebc2 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2010 / Made available in DSpace on 2012-10-25T01:32:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 283181.pdf: 7852520 bytes, checksum: 58171468416b311ca144e7ecf0362980 (MD5) / A deficiência auditiva é um mal que atinge parcela significativa da população mundial. Sistemas de auxílio à audição têm se apresentado como importantes aliados na minimização dos problemas de comunicação decorrentes dessa limitação. Um importante fator de impacto sobre o desempenho de aparelhos auditivos é a chamada realimentação acústica, causada pela reinjeção do sinal de saída do dispositivo no próprio microfone de captação. Este trabalho apresenta um estudo sobre o método de erro de predição em sistemas com recursos computacionais limitados. Esta característica é relacionada aos aparelhos auditivos comerciais modernos, que apresentam tamanho reduzido associado à necessidade de incorporar diversos subsistemas de processamento. Inicialmente, a partir de modelos teóricos já existentes para a previsão de desempenho do método de erro de predição, é realizada a expansão para o caso de comprimento deficiente. Os resultados obtidos para a predição do comportamento médio dos coeficientes do filtro de cancelamento de realimentação são confrontados com simulações e resultados práticos. Para tanto, foi construída uma câmara acústica para testes onde foram realizados experimentos em tempo real utilizando um processador digital de sinais dedicado para aparelhos auditivos. Como conclusão, verificou-se a validade dos modelos analíticos derivados e, a partir deles, a influência da limitação de recursos computacionais sobre o desempenho do sistema de cancelamento. De forma particular, verificou-se que o método de erro de predição proporciona maior margem de ganho que o método direto de cancelamento de realimentação, inclusive na situação em que os recursos computacionais são limitados e impedem a completa atuação do método de erro de predição.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-19T17:08:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-26T01:41:11Z : No. of bitstreams: 1 182318.pdf: 3933941 bytes, checksum: a27b8a7485f4fa5694770af49b0be00f (MD5) / Este trabalho trata os problemas de estabilização e de posicionamento regional de pólo em sistemas lineares contínuos no tempo usando realimentação estática de saídas. Os resultados apresentados têm como ponto de partida o conceito de subespaços (C,A,B)-invariantes caracterizados algebricamente através de um par de equações acopladas de Sylvester, cuja solução pode ser obtida, para sistemas que verificam a condição de Kimura (m+ p >n), em duas etapas utilizando o algoritmo de Syrmos e Lewis.No caso de sistemas normais, é demonstrado que subespaços (C,A,B)-invariantes estabilizáveis por saídas podem ser caracterizados através de equações acopladas de Lyapunov. Baseada nessas equações, é proposta uma condição necessária e suficiente para a existência de solução do problema de estabilização por realimentação estática de saídas. Para sistemas satisfazendo a condição de Kimura, são propostos dois algoritmos ( primal e dual) para solução das equações acopladas de Lyapunov. A técnica de estabilização é então adaptada para tratar o problema de posicionamento regional de pólos.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. / Made available in DSpace on 2012-10-19T01:37:42Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2016-01-09T03:45:13Z : No. of bitstreams: 1 139499.pdf: 2139786 bytes, checksum: bc2fa753dd38e3527d1c83502523b9f2 (MD5)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2013-03-04T18:15:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308263.pdf: 4348941 bytes, checksum: fa7e0468ae8614cbb75bb7605b3c0cab (MD5) / Os aparelhos auditivos são projetados para auxiliar indivíduos com perda auditiva, a qual ocorre em determinadas faixas de frequência sonora, sendo variável para cada indivíduo. O princípio de funcionamento dos aparelhos atuais consiste na captação do sinal sonoro pelo microfone, convertendo-o em um sinal elétrico, que é processado de modo que haja amplificação deste. Após isso, o alto-falante o converte em sinal sonoro (onda de pressão sonora), e assim se transmite à orelha do usuário. Trivialmente, devido à proximidade dos componentes, ocorre o problema de realimentação de sinal, tanto externa quanto internamente. Este se trata da vibração via estrutura interna do aparelho, em que a principal fonte é o alto-falante. Por conseguinte um apito é gerado, causando desconforto ao usuário. No estudo proposto foi investigado a realimentação interna no protótipo de um aparelho auditivo do tipo retro-auricular (fabricação Amplivox LTDA) via estrutura das carcaças plásticas. Foram realizadas análises experimentais, sendo feita validações numéricas pelo Método de Elementos Finitos (FEM), o que permite analisar e quantificar os problemas antes do produto ser fabricado. A metodologia adotada foi comparar (experimental e numericamente) o nível de vibração das carcaças, causado pelo alto-falante na região próxima e outra afastada do microfone. Para isso, numericamente, simplificou-se o modelo, em que o alto-falante foi considerado um corpo rígido (massa pontual) e sua suspensão de isolamento de vibrações como molas. Logo, foi necessário caracterizar materiais, verificar o comportamento dinâmico das carcaças pela análise modal experimental, analisar a força de excitação que o alto-falante gera quando em funcionamento e validar os modelos numéricos com o uso de um software comercial. / Hearing aids are designed to overcome the hearing loss suffered by some individuals, which occurs in certain frequency ranges and is dif-ferent for each individual. These devices work by capturing the sound signal through the microphone and converting it into an electrical signal, which is processed in order to amplify it. The receiver then converts it into a sound signal (sound pressure wave) and it is eventually transmit-ted to the user's ear. As the microphone and the receiver are near, a feedback signal issue oc-curs, both externally and internally. The internal feedback is caused by structural vibrations produced mainly by the receiver. As the suspension receiver is not perfect, it vibrates the shells producing internal feedback. Then, a whistle is generated causing discomfort to the hearing aid user. In the proposed study, the internal feedback was investigated in proto-type Behind-The-Ear (Acoustic Amplivox-BR) through hearing aid shells. A numerical modeling based on Finite Element Method (FEM) for representation of the components was used to analyze and quantify the problems before the product was manufactured. The methodology that was used aimed to compare (experimental and numerically) the vibration level of shells caused by the receiver located near and far from the microphone. Thereby, the model was simplified numerically, in which the receiver was considered as a rigid body and its suspension isolation of vibrations as springs. Thus, it was necessary to characterize the material of shells, check the dynamic behavior of the shells by experimental modal analysis, analyze the operation excitation force of the receiver and validate the numerical models using commer-cial software.

[pt] Este trabalho tem como objetivos principais a apresentação, análise e síntese de sistemas de controle por realimentação de saídas com características robustas. São consideradas incertezas no modelo do tipo não estruturada ( dinâmica não modelada ) e estruturada ( valores desconhecidos nos parâmetros ), distúrbios ( entradas desconhecidas ) e ruídos no sensor. Ênfase especial é dada ao projeto de sistemas de controle implementados usando observadores de estado, que representam um tipo especial de sistemas de controle por realimentação de saídas. Uma revisão dos principais tipos de observadores é feita, incluíndo observadores robustos com capacidade de rejeição e estimação simultânea de distúrbios, comparando suas características através de um exemplo. Logo após, o sistema resultante, quando observadores de estado são introduzidos na lei de controle, é analisado em presença de incertezas, mostrando a limitação na validade do Princípio da Separação. Técnicas modernas de controle robusto são usadas para melhorar as propriedades de robustez dos sistems de controle, entre elas: Recuperação da Função de Transferência da Malha (LTR) e Controle H-infinito. É mostrado também, que através de uma escolha conveniente dos parâmetros livres do controle LQG, é possível sintetizar controladores robustos. Estas técnicas são usadas para resolver problemas específicos no controle de estruturas flexíveis, incluíndo perturbações na entrada da planta, incertezas paramétricas. As técnicas aplicadas no presente trabalho demonstram eficácia e simplicidade. / [en] This work intends to present an introduction to the analysis and syntesis of output feedback control systems with robust characteristics. They are considered unstructured ans structured model uncertainties, disturbances, unknown inputs and noise. It is given a special emphasys on the control systems which were implemented by the use of state observers, which represents a special type of output feedback control systems. A review of the principais types of observers are done, including robust observers with interesting characteristics such as the capacity of simultaneous rejection and estimation of disturbances, and their features are compared in an example. After that, it is done an analysis of the resultant systems when state observers are introduced in the control system in the presence of uncertainties, showing limitations to apply the Separation Principle. Modern techniques of robust control are used to enhance the properties of robustness of the control systems, such as Loop Transfer Recovery (LTR) technique and H(infinito) control.It is also shown that an adequate choice of the free parameters in the LQC control allows to synthetize robust controllers. These techniques are used to solve specific problems in the control of flexible structures, including disturbances in the plant input, uncertainties caused by unmodeled dynamic in high frequency ( spillover problem ) and parametric uncertainties. The techniques applied in this work show effectiveness and simplicity. / [es] Este trabajo tiene como objetivos principales la presentación, análisis y síntesis de sistemas de control por realimentación de salidas con características robustas. Son consideradas incertidumbres en el modelo del tipo no extructurada (dinámica no modelada) y extructurada (valores desconocidos en los parámetros), distúrbios (entradas desconocidas) y ruidos en el sensor. Se le dedica especial atención al proyecto de sistemas de control que fue implementado utilizando observadores de estado, que representan un tipo especial de sistemas de control por realimentación de salidas. Se realiza una revisión de los principales tipos de observadores, incluyendo observadores robustos con capacidad de rechazo y estimación simultánea de disturbios, comparando sus características a través de un ejemplo. Seguidamente se analiza, en presencia de incertidumbre, el sistema que resulta al introducir observadores de estado en la ley de control, mostrando las limitaciones en la validez del Principio de la Separación. Se utilizan técnicas modernas de control robusto para mejorar las propriedades de robustez de los sistems de control, entre ellas: Recuperación de la Función de Transferencia de la Malla (LTR) y Control H-infinito. Se muestra también, que a través de una selección conveniente de los parámetros libres del control LQG, es posible sintetizar controladores robustos. Estas técnicas se utilizan para resolver problemas específicos en el control de extructuras flexibles, incluyendo perturbaciones en la entrada de la planta e incertidumbres paramétricas. Las técnicas aplicadas en este trabajo demuestran eficiencia y simplicidad.

[pt] Objetiva-se, nesse trabalho, formular e testar numericamente uma perspectiva computacional, baseada em elementos de controle robusto e indices de desempenho H2, para a sintese de controladores de dimensão finita (DF) para sistemas lineares de dimensão infinita (DI) correspondentes a certas equações de evolução parabólicas e, especialmente, a uma versão simplificada da equação do calor. A abordagem aqui utilizada é a de usar modelos aproximantes de DF (modelos nominais) e limitantes superiores nas normas H (infinito) dos erros de aproximação correspondentes nas funções de transferência de DI em questão, de modo que o procedimento de síntese baseie-se apenas em funções de transferência racionais e os controladores resultantes sejam de DF.Mais especificamente, uma classe de controladores que asseguram a estabilidade do sistema em malha fechada envolvendo o sistema de DI em questão e definida tomando-se as soluções ótimas de problemas H2 (infinito) nos quais o funcional de custo (H2) nominal é minimizado sobre os controladores nominalmente estabilizantes, sob uma restrição (H infinito) de margem de estabilidade mínima definida por um parâmetro de projeto escalar denotado por micro. A obtenção de um controlador é então feita pela escolha do valor de micro de modo a minimizar um limitante superior (calculado apenas com base em funçõess racionais) sobre o funcional de custo calculado no sistema de DI original. Esse procedimento é ilustrado por exemplos numéricos envolvendo a versão simplificada da equação do calor. / [en] A computational perspective based on robust control tools is presented for the H2 synthesis of finite-dimensional controllers for linear, stable, distributed-parameter systems corresponding to certain evolution equations. The approach pursued here relies on finite-dimensional approximations and error bounds on the H (infinite) norms of the corresponding errors on transfer functions so that the resulting synthesis procedure solely depends on rational transfer functions, thereby yielding finite-dimensional controllers. More specifically, a class of stabilizing controllers for a given infinite-dimensional system is defined taking optimal solutions of H2 / H (infinite) problems - i.e., a nominal H2 cost is minimized over controllers which satisfy a nominal stability margin defined by a scalar parameter micro. A controller is then obtained by choosing micro in such a way as to minimize an upper bound on the value taken by the cost functional on the original infinite-dimensional system. This procedure is illustrated by simple numerical examples involving the (simplified) heat equation in one dimension.

O objetivo deste t rabalho é mostrar a eficácia entre as estratégias de controle: sistema de massa ativa regulada (ATMD); tendão; isolamento da base e sistema híb1'ido. A matriz ponderada Q usada no sistema de ATMD é determinada através do método da matriz de amortecimento modificado C e matriz de rigidez modificada K. Para a estrutura modelada com controle híbrido, um algorítmo de controle ótimo com aceleração, velocidade e deslocamento realimentados é proposto. Na estrutura modelada com controle a-Livo por tendão, um algorítmo para calcular o ganho de realimentação ótimo da saída é desenvolvido de um modo simples tal que certo índice de realização prescrito é minimizado. Com a introdução de uma operação matricial especial. o ganho de realimentação ótimo é obtido sistematicamente pela resoluçã.o simultânea e iterativa de equações algébricas lineares. Uma vez conhecido o vetor de controle. é resolvido um problema. diferencial vetorial de valor inicial do tipo.T\a seqüência foram feitas simulações numéricas usando dois tipos de parâmetros estruturais uma estrutura rígida e outra mais flexível. / The purpose of this work is to show the effectiveness of control strategies among the aclive t uned mass damper ATMD system, Active Tendon systern, base-isolation system and hybrid control system. The weighting matrix Q used in the ATMD is determined through a method t hat modifies the damping matrix Õ and the stiffness matrix F;. For the hybrid control system, an optimal-con trol algorithm ·with acceleration: velocity and displacement feedback is proposed. For the active Tendon control system, an algorithm to calculate optimal direct output feedback gai n is developed in a simple fashion such that a certain prescribed performance index is minimized. With the int roduction of a special matrix operation. optimal feedback gain is obtained systematically by solving simultaneously linear algebraic equation iteratively. In the following, numerical somula.tions for two types of structural pa.ra.meters are prcscnted (one is a st iff structure and t he other is a soft structure).

[pt] Modelagem e Controle Não Linear de um Veículo Terrestre sobre Suspensão descreve um estudo em dinâmica veicular no qual inicialmente apresenta-se um modelo analítico para representar a geração de forças longitudinais e laterais no contato do pneu com o solo. Em seguida é desenvolvido, para um automóvel de passeio terrestre sobre suspensão, um modelo não linear de 4 graus de liberdade (velocidades longitudinal, lateral, de guinada e de rolagem), e a sua linearização. Expande-se esse modelo para um de 8 graus de liberdade, no qual inclui-se o movimento de rotação axial de cada uma das quatro rodas, e consideram-se os movimentos do veículo somente no plano, sem efeitos de pitch ou bounce, mas apresentando alguma relação de distribuição de cargas devido ao roll. Descrevem-se ainda modelos em Grafos de Ligação para os três dinâmicas de um veículo terrestre (longitudinal, lateral e vertical) e seus acoplamentos, visando futuras análises mais detalhadas desse sistema. Todos os modelos em malha aberta são validados através simulações computacionais em diversas condições típicas de operação. Na segunda parte desse trabalho é apresentada a estratégia proposta para o tratamento do problema de controle direcional do veículo em uma manobra qualquer, empregando a metodologia da linearização por realimentação, tendo como base o modelo linear de 4 graus de liberdade. São analisados os resultados encontrados através de simulação computacional para a malha fechada com diferentes combinações de parâmetros, empregando os modelos não lineares de 4 e 8 graus de liberdade. Conclui-se discutindo a possibilidade de generalização deste procedimento para diferentes aplicações em Dinâmica Veicular. / [en] Modeling and Non Linear Control of a Ground Vehicle's Steering describles a study in vehicle dynamics, which presents an analytic model representing the generation of longitudinal and lateral forces at the contact patch between tire and ground. Next it is developed, for a typical passenger car, a non-linear model with four degrees of freedom (longitudinal, lateral, yaw and roll velocities), and its linearization. This model is then expanded to another one with eight degrees of freedom, which includes the axial rotation of each one of the four wheels, and considers the vehicle's movement only at a known plane, whithoud pitch and bounce effects, but including some load distribution among the wheels, due to roll. Computational simulation in varius typical operation condition validate all open loop models. The second part of this work presents the proposed strategy for directional control of a vehicle at any type of manoeuvre, using the feedback linearization methodology, directly applied to the linear four degrees of freedom model. Theresults obtained trhough computational simulation for a closed loop model with different parameters are analysed using both nonlinear four and eight degrees of freedom models. The possibility of generalizing this procedure to distinct applications in Vehicle Dynamics is, then, discussed.