Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Resumo: As metodologias de monitoramento da integridade estrutural baseadas em observadores de estado, em sua grande maioria, utilizam o resíduo obtido a partir da diferença entre a medida e a estimativa de dada resposta dinâmica do sistema para o processo de detecção de danos. Contudo, em determinadas situações, tem-se interesse em realizar o monitoramento através de certa resposta dinâmica que não pode ser medida diretamente. Desta forma, a principal contribuição deste trabalho é propor uma metodologia de detecção de danos para sistemas mecânicos, cujo resíduo é obtido a partir da diferença entre as estimativas do comportamento dinâmico de determinada região do sistema. Estas estimativas são geradas por dois observadores de estado de ordem plena em paralelo, ambos projetados a partir do modelo físico-matemático do sistema em monitoramento sem danos, cujos os ganhos ótimos são determinados pelo método LQR, do inglês Linear Quadratic Regulator. A diferença entre os observadores consiste em serem baseados em conjuntos de medidas distintos. Simulações computacionais são apresentadas para demonstrar a aplicação desta metodologia, de maneira que são discutidas as vantagens e desvantagens em monitorar o sistema utilizando diferentes tipos de força de excitação. Os resultados obtidos são satisfatórios para a detecção dos tipos de dano considerados neste trabalho. / Abstract: Structural health monitoring methodologies based on state observers, for the most part, use the residual obtained from the di erence between the measurement and the estimate of the given dynamic response of the system to the damage detection process. However, in certain situations, it is interesting to carry out the monitoring through a certain dynamic response that can not be measured directly. In this way, the main contribution of this work is to propose a methodology of damage detection for mechanical systems, whose residue is obtained from the di erence between the estimates of the dynamic behavior of a certain region of the system. These estimates are generated by two parallel full-order state observers, both designed from the physical-mathematical model of the monitoring system without damages, whose optimal gains are determined by the LQR (Linear Quadratic Regulator) method. The di erence between observers is that they are based on di erent sets of measures. Computational simulations are presented to demonstrate the application of this methodology, so that the advantages and disadvantages of monitoring the system using di erent types of excitation force are discussed. The results obtained are satisfactory for the detection of the types of damage considered in this work. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-02-05Bitstream added on 2014-06-13T20:55:57Z : No. of bitstreams: 1 alegre_dm_me_ilha.pdf: 954109 bytes, checksum: 3e5701b2e8747b004da37b4ca12ca513 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / O presente trabalho apresenta a metodologia dos observadores de estado para a detecção e localização de falhas em sistemas contendo elementos finitos de placas de Kirchoff. Tal metodologia consiste na montagem de um banco de observadores de estado, o qual é capaz de detectar falhas presentes no sistema, além de localizar o componente danificado e a porcentagem de falha. As matrizes de ganho dos observadores de estado foram determinadas por dois métodos distintos: o método Regulador Quadrático Linear e das Desigualdades Matriciais Lineares. Nesse trabalho, foi utilizada uma placa plana fina montada sobre um sistema de suspensão similar ao de uma plataforma veicular, representando um veiculo simplificadamente. A modelagem da plataforma utilizada foi realizada mediante a utilização do método dos elementos finitos, considerando-se diferentes números de elemento no modelo. O tipo do elemento finito utilizado foi o elemento de placa de Kirchoff. Adicionalmente foi analisada a influência de elementos de controle junto à suspensão da plataforma no movimento da mesma. O modelo considerado, juntamente com os programas computacionais desenvolvidos, foram utilizados para a simulação do movimento da plataforma. Na literatura, normalmente são apresentadas simulações para o movimento de apenas ¼ do veículo, neste trabalho, no entanto, os programas desenvolvidos podem simular o movimento do veiculo inteiro. Foram realizadas simulações computacionais para o movimento da plataforma com a finalidade de se detectar e localizar falhas introduzidas nos elementos da suspensão e também foram realizados testes experimentais, com os mesmos fins. Mediante tais testes (teóricos e experimentais) verificou-se a eficácia da metodologia desenvolvida e a sua principal limitação: o número de elementos finitos considerado no modelo relacionado com o número de medidas efetuadas e a observabilidade do sistema. / This work presents the state observers methodology for the detection and location of faults in systems containing finite elements of plate of Kirchoff. This methodology consists in the assembly of a bank of state observers, which is capable of detecting faults in the system, and also to locate the damaged component and the percentage of failure. The gain matrices of the state observers were determined by two different methods, these are the method Linear Quadratic Regulator and the Linear Matrix Inequalities. In this work was considered a thin plate mounted on a suspension system that is similar to a vehicle platform, representing a vehicle in a simplified way. The modeling of the platform used was performed by using the finite element method, considering different numbers of element in the model. The finite element used was the Kirchoff’s plate element. It was also studied the influence of elements of control, together with the suspension of the platform, into its movement. The model considered, together with the developed computational programs, were used to simulate the movement of the platform. In the literature, usually are presented simulations for the movement of only ¼ of the vehicle, in this work, the developed programs can simulate the movement of the entire vehicle. It was realized computational simulations for the movement of the platform in order to detect and locate faults introduced in the elements of the suspension and experimental tests were also conducted with the same purpose. Through such tests (theoretical and experimental) it was verified the effectiveness of the developed methodology and its major limitation: the number of finite elements considered in the model related with the number of outputs and the observability of the system.

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.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-05-23T18:23:25Z No. of bitstreams: 1 fernandohenriquedeoliveira.pdf: 7733433 bytes, checksum: ed0bfbea1ebdeec7443503ad20027a67 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-05-24T17:33:19Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fernandohenriquedeoliveira.pdf: 7733433 bytes, checksum: ed0bfbea1ebdeec7443503ad20027a67 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-24T17:33:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fernandohenriquedeoliveira.pdf: 7733433 bytes, checksum: ed0bfbea1ebdeec7443503ad20027a67 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação apresenta uma proposta de controle discreto baseado em reali-mentação de estados aplicado à fonte de alimentação das cargas magnéticas do Sirius. A fonte é formada por associações em série e em paralelo de módulos de menor po-tência para que, em conjunto, possam atender às exigências requeridas de tensão e de corrente dos magnetos. Cada módulo é constituído de dois estágios, um de entrada e outro de saída, em que o segundo é o objeto de estudo deste trabalho. O estágio de saída é constituído por um conversor ponte completa associado a um filtro de terceira ordem. Inicialmente é feita a modelagem do estágio de saída e apresentado um modelo apropriado a uma quantidade genérica de módulos associados em série. Em seguida é feita a discretização da planta e o controle em espaço de estados. Para a alocação dos pólos do sistema em malha fechada é utilizado o Regulador Quadrático Linear Digital. Entretanto, quando módulos são associados, aumenta-se consideravelmente a ordem do sistema e torna-se inviável a medição de todos os estados da planta. Então, é proposto um observador ótimo de ordem reduzida para que este seja capaz de fornecer ao con-trolador os estados que não são medidos. A análise de estabilidade permitiu verificar a robustez do controle em conjunto com o observador de estados. Na associação de módulos em paralelo foram consideradas que as correntes da saída de cada módulo são parcelas do estado que corresponde à corrente das cargas magnéticas. Baseado nesta premissa e no controle feito para o arranjo de módulos em série, foi proposta uma estratégia de controle para o arranjo em paralelo. Os resultados em simulação, tanto para a configuração de módulos em série quanto em paralelo, permitem verificar os desempenhos dinâmicos do controlador e observador de estados. / This dissertation presents a proposal of a discrete-time state-feedback control law applied to the Sirius magnetic source power supply. In order to meet the magnets' required voltage and current levels the source is formed by series and parallel associa-tion of modular converters. Each module is made up of two stages, input and output, in which the later is addressed this work. The output stage is constituted by a full bridge converter associated with a third-order filter. Initially a mathematical model is obtained for a single module. This model is later extended to represent the connection of several modules in series. Then the plant is discretized and state feedback law is designed to control the system. The optimal technique Digital Linear Quadratic Regu-lator was used to place the closed-loop poles. However, when modules are associated, due the order of the system it becomes impracticable to measure all the states. Then an optimal reduced order observer is proposed to provide to controller the states that are not measured. An stability analysis is performed in order to verify the controller robustness. For the association of modules in parallel was considered that the output currents of each module are the parcels of the state corresponding to the current of the magnetic loads. Based on this premise and in the previously control design for the series modules association, is proposed a control topology for the parallel arrange-ment. Simulation results were obtained, for the both configuration of modules series and parallel, and the performances of the controller and state-observer were verified.