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Uma variação do algoritmo de busca harmônica aplicada na determinação das matrizes de ponderação do regulador linear quadrático / A variation of harmony search algorithm applied to determine the weighting matrices of the linear quadratic regulator

Nascimento, Luis Bruno Pereira do January 2016 (has links)
Submitted by Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica e de Computação (secretaria_ppgeec@sobral.ufc.br) on 2016-12-23T13:03:34Z No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Márcia Sousa (marciasousa@ufc.br) on 2017-01-05T13:40:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-05T13:40:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_dis_lbpdonascimento.pdf: 2804155 bytes, checksum: e94b961aa76d92b8a24289772e7158c7 (MD5) Previous issue date: 2016 / Funcap / Linear Quadratic Regulator (LQR) is an important modern control technique with excellent properties associated to robust stability, as it can be applied to complex control systems in order to ensure stability against small perturbations. However, the controller design presents some difficulty regarding the definition of weighting matrices Q and R, which are responsible for ensuring the design specifications, although they require a large search space. Thus, the application of a computational intelligence technique is necessary to perform the optimized search for the aforementioned matrices automatically. For this purpose, the Harmony Search (HS) algorithm has been applied to define the matrices for the LQR controller. HS is a metaheuristic algorithm inspired by musical improvisation as a tool to create new harmonies, which has been widely used by scientific community in recent years and can be applied to this problem. However, some parameters must be defined by empirical means to ensure good convergence. Within this context, this work proposes a novel HS Algorithm that ensures the automatic adjustment of parameters. By adopting the CH-47 helicopter and an inverted pendulum system, several tests involving search and simulation have been performed with three HS algorithms i.e. standard HS and the modified methods known as Improved Harmony Search (IHS) and Statistical Dispersion Harmony Search (DHS). The latter one can be seen as the main contribution of this work, which also compares the results obtained from the HS algorithms. It can be stated that all approaches present satisfactory results when analyzing the system response, although the one introduced in this work presents superior performance in terms of convergence if compared with the consolidated techniques. Keywords: Linear Quadratic Regulator. Search and Optmization. Weighing matrices. Harmony Search Algorithm. / O Regulador Linear Quadrático (LQR) é uma importante técnica do controle moderno com excelentes propriedades de estabilidade robusta, podendo ser aplicado em sistemas de controle complexos, garantindo a estabilidade do sistema frente a pequenas perturbações. O projeto deste controlador possui uma dificuldade na definição das matrizes de ponderação Q e R, as quais fazem com que o sistema atenda as especificações do projeto, entretanto, possuem um grande espaço de busca. Dessa maneira, se fez necessário a aplicação de uma técnica de Inteligência Computacional para realizar, de maneira automática, a busca otimizada dessas matrizes. Visando tal intento, o Algoritmo de Harmônica (HS) foi aplicado na definição das matrizes para o projeto LQR. O HS é uma meta-heurística inspirada na improvisação de músicos na composição de novas harmonias e que tem sido bastante utilizada pela comunidade científica nos últimos anos, inclusive aplicado nesse problema, todavia, ela possui parâmetros que necessitam ser definidos por meios empíricos para garantir uma boa convergência. Dessa forma, é proposto neste trabalho um novo algoritmo de Busca Harmônica que garanta um ajuste automático para seus parâmetros. Através das plantas de um Helicóptero CH-47 e de um Pêndulo Invertido, foram, portanto, realizadas séries de buscas e simulações com três vertentes do HS: o HS padrão, a variação Improved Harmony Search (IHS) e a Busca Harmônica com Dispersão Estatística (DHS), a inovação proposta neste trabalho, e, por conseguinte, foram comparados os resultados obtidos. Os três algoritmos apresentaram resultados satisfatórios quando analisado a resposta transitória dos sistemas, mas em questões de performance e poder de convergência, a metodologia proposta se sobressaiu em relação às técnicas já consolidadas.
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Filtro ativo de potência paralelo aplicado à melhoria da qualidade de energia em sistemas de geração distribuída / Shunt active power filter for energy quality improvement in distributed generation systems

Olivindo, José Aglailson Silva 05 1900 (has links)
OLIVINDO, J. A. S. Filtro ativo de potência paralelo aplicado à melhoria da qualidade de energia em sistemas de geração distribuída. 136 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e da Computação) - Campus Sobral, Universidade Federal do Ceará, Sobral, 2017. / Submitted by Programa de Pós-Graduação Engenharia Elétrica e de Computação (secretaria_ppgeec@sobral.ufc.br) on 2017-06-05T19:49:55Z No. of bitstreams: 1 2017_dis_jasolivindo.pdf: 5102963 bytes, checksum: b43a5f58471c5c55c1f651eb0fb88b89 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Márcia Sousa (marciasousa@ufc.br) on 2017-06-19T13:36:25Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_dis_jasolivindo.pdf: 5102963 bytes, checksum: b43a5f58471c5c55c1f651eb0fb88b89 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-19T13:36:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_dis_jasolivindo.pdf: 5102963 bytes, checksum: b43a5f58471c5c55c1f651eb0fb88b89 (MD5) Previous issue date: 2017-05 / This work presents an application of a shunt active power filter (SAPF) for energy quality improvement of a power system composed of nonlinear loads and distributed wind generation. The SAPF control is performed without harmonic detection schemes and with application of linear quadratic regulators with integral action. The performance of the SAPF is evaluated by the grid current total harmonic distortions and the power factor at the point of common coupling of the power system. The analysis of non-active powers compensation is based on the instantaneous power theory concepts. Indirect control is used, with measurements on the power grid currents and voltages, and DC bus voltage of the SAPF, therefore, it is not necessary measurements in the load, active filter or distributed generation. The validation of the control strategy is done through computational simulations implemented in the PSCAD®/EMTDCTM software. / Este trabalho apresenta a aplicação de um filtro ativo de potência paralelo (FAPP) para a melhoria da qualidade da energia de um sistema elétrico de potência composto por cargas não-lineares e geração eólica distribuída. O controle do FAPP é realizado sem esquemas de detecção de harmônicos e com a aplicação de reguladores linear-quadráticos com ação integral. O desempenho do FAPP é avaliado a partir da distorção harmônica total da corrente da rede e do fator de potência no ponto de acoplamento comum do sistema de elétrico. A análise da compensação das potências não ativas se baseia nos conceitos da teoria da potência instantânea. Utiliza-se controle indireto, com medições sobre as correntes e tensões na rede elétrica, e tensão no barramento CC do FAPP não sendo necessário, portanto, medidas sobre a carga, o filtro ativo ou a geração distribuída. A validação da estratégia de controle é realizada através de simulações computacionais implementadas no software PSCAD®/EMTDCTM.
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Pouso de emergência usando controlador de vôo por empuxo (CVE).

Desuita Maria Carvalho Campelo 14 December 2004 (has links)
Vários incidentes e acidentes com aeronaves são causados por falhas nos sistemas hidráulicos gerando perda das superfícies de controle, a maioria deles resultam em queda das aeronaves. O controlador de vôo por empuxo (CVE) pode ser utilizado nestas situações de emergência possibilitando um pouso seguro. Neste trabalho são desenvolvidos controladores longitudinais que utilizam só a tração do motor para pousar a aeronave, simulando-se perda total das superfícies de controle. A abordagem do CGT (command generator tracker) ée utilizada no auxílio da obtenção dos ganhos ótimos dos controladores através da técnica linear quadrática. Várias simulações foram feitas utilizando o RJ-145, produzido pela EMBRAER. Levou-se em conta variações na posição do c.g e flap bem como avaliou-se a robustez dos controladores projetados quanto à posição de travamento do profundor e turbulência durante o pouso. Os resultados destes estudos para o RJ-145 são apresentados aqui.
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CAT III - longitudinal autolanding LQR design

Marcos Vinícius Campos 10 March 2006 (has links)
Automatic landings have been performed routinely for many years. However the design of flare and landing control systems with a suitable performance and a high level of reliability remains a very difficult task. In the present scenario, the increasing in the landing capacity of airports is mandatory by limiting the time each aircraft occupies the runway. To limit the occupancy time, the reduction of touchdown zone is essential since landings too close of the exit could result in a missed exit and therefore in a decreasing of landing rate. Give this context, the present work aims to propose an autoland flare law development for a 50 seat regional jet using Linear Quadratic Regulator technique. An accurate flare path, good rejection to turbulence, simplicity in implementation and, moreover, improved longitudinal touchdown dispersion are some of desirable features of design. In development of autoland control system, full feedback was used as control law configuration. Simulations were performed with non-linear model of the aircraft based on the equations of rigid body movement. The gains of LQR flare law were obtained though global optimization using Genetic Algorithms. The robustness of resulting close-loop system was tested with respect to ground-effect, wind shear and out-of-trim conditions. The performance of LQR flare law was compared with Model-Following design. Steady wind and turbulence models were used as disturbances for stochastic evaluation of the methods. The explicit flare trajectory defined in space, not in time, resulted on the improved touch down dispersion achieved by LQR design.
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Projeto de um controlador robusto para o movimento látero-direcional de aeronaves flexíveis

Guilherme Oliveira Cardoso 05 January 2007 (has links)
Neste trabalho será abordado o uso da técnica de controle robusto LQC/LTR, bem como dos controladores LQR e LGG aplicados aos modos Látero-direcionais e flexíveis. O principal objetivo da implementação do controlador é amortecer os modos flexíveis e estabilizar os modos látero-direcionais do bombardeiro B-1. Esta aeronave será usada por ser a única que tem as suas derivadas de estabilidade dos modos flexíveis disponíveis, além de ser tema de muitos trabalhos já publicados.
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Propostas de controladores de decolagem utilizando índices de desempenho LQR e ITAE

Wesley Jaques Genova 15 April 2011 (has links)
Uma das fases de vôo mais críticas para aeronaves comerciais é a decolagem devido à carga de trabalho do piloto. Esse problema vem sendo contornado com a utilização da tecnologia fly-by-wire nos sistemas de comandos de vôo e piloto automático, pois possibilitam o aumento da eficiência das aeronaves, melhoram a qualidade de vôo e diminuem a carga de trabalho do piloto. Este trabalho descreve o desenvolvimento de leis de controle para as fases de arredondamento e subida de um sistema de piloto automático de decolagem. As metodologias utilizadas nos projetos das leis de controle são o regulador linear quadrático (LQR) e a integral do tempo multiplicado pelo valor absoluto do erro (ITAE), ambas baseadas na otimização de uma função de custo. Os resultados são analisados no domínio do tempo e da freqüência. No domínio do tempo são utilizadas simulações lineares e não lineares para avaliar o sobre-sinal, o tempo de subida e assentamento. No domínio da freqüência a carta de Nichols é utilizada para avaliar as margens de fase e ganho e o diagrama valor singular é utilizado para avaliar a resposta em freqüência do sistema multivariável. Os projetos também são submetidos a análises de qualidade de vôo utilizando o parâmetro de antecipação de controle, a freqüência natural e a taxa de amortecimento dos pólos de período curto e phugoidal.
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Controle multivariável aplicado a sistemas com atraso / not available

Márcia Lissandra Machado Prado 13 July 2000 (has links)
Uma grande variedade de sistemas multivariáveis pode ser tratada por técnicas de controle monovariável. Os trabalhos encontrados na literatura para sistemas com atrasos são geralmente para sistemas monovariáveis. Neste trabalho a aplicação de técnicas de controle multivariáveis para sistemas dinâmicos com múltiplos atrasos na entrada é explorada. Consideramos a aplicação da técnica LQG/LTR (do inglês Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery) para duas plantas exemplos. A primeira é um forno elétrico industrial usado nos processos de fundição de metal com 6 entradas e 6 saídas e a segunda é um sistema de uma coluna de destilação binária com 2 entradas e 2 saídas. Os dois modelos de planta apresentam múltiplos atrasos na entrada. Apresentamos resultados da simulação do controle LQG/LTR com comparações. / In a variety of cases multivariable systems can be treated as single-input, single-output (SISO) systems for control purposes. The works found in the literature for time-delay systems are generally for SISO systems. In this work the application of multivariable control techniques to dynamic systems with multiple time-delays in the input is explored. We consider the application of the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR) technique to two study plants. The first is an electrical oven used in metal casting processes with 6 inputs and 6 outputs and the second a column of binary distillation system with 2 inputs and 2 outputs. The two plant models present multiple time-delays in the input. We present the LQG/LTR control simulation results along with comparisons.
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Controle de um sistema de posicionamento com acoplamento flexível empregando rastreador linear quadrático com restrições

Gustavo Toledo de Azevedo 02 December 2014 (has links)
Este trabalho apresenta os resultados obtidos para a implementação de um rastreador linear quadrático com restrições aplicado a um sistema de dinâmica rápida amplamente utilizado na literatura por meio de simulações e é consolidado experimentalmente por meio de ensaios em bancada. Este controlador foi recentemente proposto e tem como principais vantagens o baixo custo computacional, permitindo levar em conta restrições de entrada e estado da planta. O sistema consiste de dois carros conectados entre si por meio de uma mola, com apenas um atuador. O objetivo do controlador é conduzir o sistema até um valor de referência desejado e pré-estabelecido, respeitando restrições impostas nas variáveis de estado e controle. Uma restrição adicional foi estabelecida sobre a compressão da mola. De modo a respeitar o cumprimento das restrições e garantir estabilidade nominal ao sistema, impôs-se que os vetores com variáveis de estado, controle e perturbação devam permanecer dentro de um conjunto invariante onde as restrições de operação sejam satisfeitas. Dada a necessidade da medida dos valores dos estados e da perturbação, foi implementado um observador. Resultados obtidos por meio de simulação e ensaio em bancada comprovaram o funcionamento do controlador proposto, permitindo que o sistema tivesse o comportamento desejado mesmo na presença de perturbações gravitacionais inseridas que poderiam provocar um possível descasamento do modelo. Foi verificado o cumprimento das restrições impostas e um erro em regime permanente nulo, mesmo na presença de atrito seco não considerado.
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Controle de trajetória de um quadricóptero aplicando técnicas de controle ótimo

Mayara Kissya da Silva Duarte 14 July 2015 (has links)
Os quadricópteros, Veículos Aéreos Não-Tripulados-VANTs, têm atraído grande interesse, por ter mecânica simplificada e características especiais de voo, como pouso e decolagem vertical, alta manobrabilidade e voo em baixas velocidades. Devido a estas características são empregados em missões de busca, salvamento e inspeção remota. Em operações autônomas, o sistema de controle deve seguir uma trajetória pré-determinada, para a resolução deste problema, propõe-se neste trabalho a comparação entre duas técnicas Lineares Quadráticas; o Regulador Linear Quadrático-LQR e o Rastreador Linear Quadrático-LQT. Aplicando conceitos de Controle Ótimo, foi possível solucionar as duas técnicas. A função custo de cada técnica a ser minimizada, é quadrática e possui três matrizes de ponderação, as quais foram ajustadas com a finalidade de se obter a resposta ótima. As técnicas foram avaliadas com auxílio da ferramenta computacional Matlab, com a qual foram feitas simulações com diferentes sinais de referência. As simulações mostram que dependendo da trajetória adotada as duas técnicas abordadas podem ser utilizadas, porém o LQT apresenta uma eficácia muito maior em certas trajetórias de referência. Com o aumento do ganho na matriz de ponderação Q é possível reduzir o erro de referência, contudo o esforço de controle será proporcional a este aumento.
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Controle e estabilização do Duplo Pêndulo Invertido sobre um carro

Silva, Gisele Lira da 27 August 2010 (has links)
Made available in DSpace on 2015-04-22T22:00:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Final Gisele Lira.pdf: 2945367 bytes, checksum: 57a06468ad5309a2985be8b8ca0281d4 (MD5) Previous issue date: 2010-08-27 / FAPEAM - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas / The sub-actuated mechanical system of the double inverted pendulum on a cart is a complex subject in the field of control theory. The main reason researchers have focus their attention on this system is its characteristic difficulty on balancing two rods in vertical only using the movement of the cart. Although the evolution of the control theory throughout the years, the development of a robust controller is still an open question. In order to provide a study on more efficient control techniques, considering aspects of efficiency and robustness, we performed a comparative study from which we chose the most appropriate to make part of the model presented in this work. Since there is no a common standard in the different control laws applied to the system, it is modeled, linearized and its dynamic movements are studied. Three control techniques are designed to this modeled system: linear quadratic regulator (LQR), fuzzy logic control and sliding mode control. To the last technique we applied an improvement in the switching function in order to decrease the effects of the chattering problem, using the saturation function. The asymptotic stability of the sliding mode surfaces in each one of these subsystems is proved theoretically using the Barbalat s lemma and the Lyapunov stability. The results of the simulations to the LQR and fuzzy control applied to the linearized system proved its efficiency in stabilizing the system, and the fuzzy controller as a better approximation of the state variables of the equilibrium point, however, their response is slow. The results with the sliding mode controller also present better results when compared to the LQR, with a faster response. The results with the hierarchical sliding mode controller proved its efficiency in face of the uncertainty of the system and the function used to decrease the effects of the chattering problem showed itself useful. / O sistema mecânico sub-atuado duplo pêndulo invertido sobre um carro é um sistema complexo em termos da teoria de controle. O principal motivo de interesse de pesquisadores por este sistema é a dificuldade característica deste sistema em equilibrar duas hastes na vertical apenas com o movimento do carro. Apesar da evolução da teoria de controle ao longo dos anos, o desenvolvimento de um controlador robusto ainda é uma questão aberta. A fim de promover uma análise sobre as técnicas de controle existentes, considerando aspectos de eficiência e robustez, um estudo comparativo foi realizado e, a partir dele, foram escolhidas as mais eficientes para fazer parte do modelo proposto neste trabalho. Devido a dificuldade de padronização entre as diferentes leis de controle aplicadas ao sistema, o mesmo é modelado, linearizado e seus movimentos dinâmicos são estudados. Três técnicas de controle são projetadas para este sistema modelado, sendo elas regulador linear quadrático LQR, controle por lógica fuzzy e controle por modo deslizante. Para este último aplicamos uma melhoria na função de chaveamento visando a atenuação do problema de chattering, utilizando a função de saturação. A estabilidade assintótica das superfícies de modo deslizante de cada um destes subsistemas é provada teoricamente usando o lema de Barbalat e a teoria de estabilidade de Lyapunov. Os resultados de simulações para o controle LQR e fuzzy aplicados ao sistema linearizado comprovam sua eficiência na estabilização do sistema, sendo que o controlador fuzzy possui uma melhor aproximação das variáveis de estado do ponto de equilíbrio, contudo, sua resposta é lenta. Os resultados com o controlador por modo deslizante apresentam também melhores resultados frente ao LQR, com uma resposta mais rápida. Os resultados com o controlador por modo deslizante hierárquico comprovam sua eficiência frente às incertezas do sistema e a função utilizada para atenuação do fenômeno de chattering mostrou-se eficaz.

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