Este trabalho aborda o problema de controle ótimo por modos deslizantes via função penalidade para sistemas de tempo discreto. Para resolver este problema será desenvolvido uma estrutura matricial alternativa baseada no problema de mínimos quadrados ponderados e funções penalidade. A partir desta nova formulação é possível obter a lei de controle ótimo por modos deslizantes, as equações de Riccati e a matriz do ganho de realimentação através desta estrutura matricial alternativa. A motivação para propormos essa nova abordagem é mostrar que é possível obter uma solução alternativa para o problema clássico de controle ótimo por modos deslizantes. / This work introduces a penalty function approach to deal with the optimal sliding mode control problem for discrete-time systems. To solve this problem an alternative array structure based on the problem of weighted least squares penalty function will be developed. Using this alternative matrix structure, the optimal sliding mode control law of, the matrix Riccati equations and feedback gain were obtained. The motivation of this new approach is to show that it is possible to obtain an alternative solution to the classic problem of optimal sliding mode control.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / A teoria dos jogos à um ramo da matemÃtica dedicado ao estudo de situaÃÃes que surgem quando mÃltiplos agentes de decisÃo buscam atingir seus objetivos individuais, possivelmente conflitantes entre si. Em sua formulaÃÃo dinÃmica linear quadrÃtica (LQ), as soluÃÃes de equilÃbrio de Nash dos jogadores podem ser obtidas em termos das equaÃÃes algÃbricas de Riccati acopladas, que, a depender do mÃtodo numÃrico utilizado para seu cÃlculo, podem gerar resultados insatisfatÃrios sob o ponto de vista da estabilidade e precisÃo numÃrica. Neste sentido, esta dissertaÃÃo propÃe um novo algoritmo para uma soluÃÃo alternativa das equaÃÃes algÃbricas de Riccati acopladas associadas aos jogos dinÃmicos (LQ), com estrutura de informaÃÃo em malha aberta, utilizando, para isso, conceitos da teoria da dualidade e otimizaÃÃo estÃtica convexa. Em adiÃÃo, obtÃm-se uma nova metodologia para a sÃntese de uma famÃlia de controladores Ãtimos. A teoria dos jogos tambÃm revela um enorme potencial de aplicaÃÃo em problemas de controle multiobjetivo, no qual està incluÃdo o controle Hinf, que pode ser formulado como um jogo dinÃmico de soma-zero. Considerando essa formulaÃÃo, as novas metodologias propostas neste trabalho sÃo estendidas aos problemas de controle Hinf com rejeiÃÃo de perturbaÃÃo, gerando resultados com melhores propriedades de desempenho e estabilidade que os obtidos via equaÃÃo algÃbrica de Riccati modificada. Por fim, atravÃs de exemplos numÃricos e simulaÃÃes computacionais, as novas metodologias sÃo confrontadas com as metodologias tradicionais, evidenciando-se os aspectos mais relevantes de cada abordagem.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fabio Nogueira da Silva.pdf: 1098466 bytes, checksum: a72dcced91748fe6c54f3cab86c19849 (MD5) Previous issue date: 2008-06-20 / FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA E AO DESENVOLVIMENTO CIENTIFICO E TECNOLÓGICO DO MARANHÃO / We present in this work the results about two neural networks methods to solve the algebraic Riccati(ARE), what are used in many applications, mainly in the Linear Quadratic Regulator (LQR), H2 and H1 controls. First is showed the real symmetric form of the ARE and two methods based on neural computation. One feedforward neural network (FNN), that de¯nes an error as function of the ARE and a recurrent neural network (RNN), which converts a constrain optimization problem, restricted to the state space model, into an unconstrained convex optimization problem de¯ning an energy as function of the ARE and Cholesky factor. A proposal to chose the learning parameters of the RNN used to solve the ARE, by making a surface of the parameters variations, thus we can tune the neural network for a better performance. Computational experiments related with the plant matrices perturbations of the tested systems in order to perform an analysis of the behavior of the presented methodologies, that are based on homotopies methods, where we chose a good initial condition and compare the results to the Schur method. Two 6th order systems were used, a Doubly Fed Induction Generator(DFIG) and an aircraft plant. The results showed the RNN a good alternative compared with the FNN and Schur methods. / Apresenta-se nesta dissertação os resultados a respeito de dois métodos neuronais para a resolução da equação algébrica de Riccati(EAR), que tem varias aplicações, sendo principalmente usada pelos Regulador Linear Quadrático(LQR), controle H2 e controle H1. É apresentado a EAR real e simétrica e dois métodos baseados em uma rede neuronal direta (RND) que tem a função de erro associada a EAR e uma rede neuronal recorrente (RNR) que converte um problema de otimização restrita ao modelo de espaço de estados em outro de otimização convexa em função da EAR e do fator de Cholesky de modo a usufruir das propriedades de convexidade e condições de otimalidade. Uma proposta para a escolha dos parâmetros da RNR usada para solucionar a EAR por meio da geração de superfícies com a variação paramétrica da RNR, podendo assim melhor sintonizar a rede neuronal para um melhor desempenho. Experimentos computacionais relacionados a perturbações nos sistemas foram realizados para analisar o comportamento das metodologias apresentadas, tendo como base o princípio dos métodos homotópicos, com uma boa condição inicial, a partir de uma ponto de operação estável e comparamos os resultados com o método de Schur. Foram usadas as plantas de dois sistemas: uma representando a dinâmica de uma aeronave e outra de um motor de indução eólico duplamente alimentado(DFIG), ambos sistemas de 6a ordem. Os resultados mostram que a RNR é uma boa alternativa se comparado com a RND e com o método de Schur.

Cette thèse propose une étude originale de la propagation d'ondes acoustiques dans un guide d'ondes. La méthode consiste à factoriser l'équation des ondes grâce à la technique du plongement invariant: on introduit dans le domaine une frontière mobile, correspondant à une section du guide, et on résout le problème pour la partie du guide comprise entre cette section et une de ses faces. Cela permet d'obtenir un système couplé d'équations différentielles et de faire apparaître un opérateur de type Dirichlet-to-Neumann, solution d'une équation de Riccati. On étudie alors celui-ci à l'aide d'une formule de représentation: l'opérateur est semblable à un semi-groupe linéaire par une transformation homographique.

Ce travail est constitué de deux parties indépendantes traitant chacune d'un problème issu de la théorie du contrôle des équations aux dérivées partielles. La première partie est consacrée à l'étude d'un feedback explicite et déjà connu, s'appliquant à des systèmes linéaires, réversibles en temps et éventuellement munis d'un opérateur de contrôle non-borné. On justifie le caractère bien posé du problème en boucle fermée via la théorie des semi-groupes puis on étudie le taux de décroissance des solutions du système régulé. La seconde partie concerne un problème d'observation pour la corde vibrante : on détermine comment choisir des instants d'observation pour que la position de la corde à ces instants permette de retrouver les conditions initiales tout en préservant une certaine régularité. La méthode, qui repose sur des résultats d'approximation diophantienne, est ensuite étendue à d'autres systèmes. En utilisant une méthode de dualité on démontre aussi un résultat de contrôlabilité exacte.

We study numerical methods for finding the maximal symmetric positive definite solution of the nonlinear matrix equation $X = Q + LX^{-1}L^T$, where Q is symmetric positive definite and L is nonsingular. Such equations arise for instance in the analysis of stationary Gaussian reciprocal processes over a finite interval. Its unique largest positive definite solution coincides with the unique positive definite solution of a related discrete-time algebraic Riccati equation (DARE). We discuss how to use the butterfly SZ algorithm to solve the DARE. This approach is compared to several fixed point type iterative methods suggested in the literature.

The numerical solution of Stein (aka discrete Lyapunov) equations is the primary step in Newton's method for the solution of discrete-time algebraic Riccati equations (DARE). Here we present a low-rank Smith method as well as a low-rank alternating-direction-implicit-iteration to compute low-rank approximations to solutions of Stein equations arising in this context. Numerical results are given to verify the efficiency and accuracy of the proposed algorithms.

Orientador: Prof. Dr. André Fenili / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, 2016. / A medição da espessura de cascos de navios e outras estruturas submarinas por ultra-som criou uma nova e desafiante aplicação para robótica e apresenta vários desafios de controle gerados pela não linearidade, acoplamento de movimentos, incertezas nos parâmetros hidrodinâmicos e forças de perturbação. Este trabalho trata do controle de posição e atitude do Veículo Híbrido Submersível Operado de forma Remota (VHSOR) Proteo da Universidade Federal do ABC (São Paulo, Brasil). Neste trabalho aplicou-se a metodologia de control não linear State-Dependent Riccati Equation (SDRE) num VHSOR e obteve-se um controlador único que leva em consideração todos os estados da dinâmica do veículo, a não linearidade, o acoplamento e incertezas ao mesmo tempo. Também foram modeladas as perturbações externas com a intenção de verificar a capacidade do controlador para superar os problemas que aparecem em ambientes reais (forças e momentos externos gerados pelas correntes marinhas). Neste trabalho mostram-se os resultados obtidos das simulações numéricas do controlador desenvolvido e também os resultados obtidos dos experimentos em tanque de testes da plataforma robótica Proteo. Como parte do projeto de controle, neste trabalho realizou-se a programação da plataforma robótica Proteo provendo um sistema embarcado que faz aquisição de dados dos sensores, estima as variáveis de estado, calcula as ações de controle, ativa os atuadores, comunica a posição e velocidade (de traslação e rotação) à tripulação e recebe as referências em posição e velocidade (de traslação e rotação) enviadas desde um computador externo. Para este computador externo também realizou-se um programa que recebe sinais por meio de um Joystick e envia para o sistema embarcado na plataforma robótica Proteo. / The ultrasonic thickness measurements of ship hulls and other underwater structures has created a new and challenging application for robotics and poses several control challenges generated by non-linearity, coupling movements, uncertainties in the hydrodynamic parameters and disturbance forces. This work is on the development of position and attitude control of Hybrid Remotely Operated Vehicle (HROV) Proteo of the Universidade Federal do ABC (São Paulo, Brazil). In this work we used the nonlinear control methodology State-Dependent Riccati Equation (SDRE) as a unique control system, that takes into account all the states of the vehicle dynamic, non-linearities, coupling and uncertainty at the same time. Also, was modeled external disturbances with the intention to verify the ability of the control system to overcome a problem which is always encountered in real environments (external forces and moments generated by sea currents). This work shows the results obtained from numerical simulations of the developed controller and also the results of the tests of the robotic platform Proteo in a water tank. As part of the control design, in this work was carried out the programming of robotic platform Proteo providing an embedded system on it that makes data acquisition, estimate state variables, calculates control actions, active actuators, communicates position and velocity (of translation and rotation) to the crew and receives position and velocity references (of translation and rotation) from an external computer. For this external computer also was made a program that receives signals from a Joystick and sends to the embedded system in the robotic platform Proteo.

Orientadora: Profª. Drª. Elvira Rafikova / Coorientador: Prof. Dr. Magno Enrique Mendonza Meza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2018.

This paper studies Newton's method for solving the algebraic Riccati equation combined with an exact line search. Based on these considerations we present a Newton{like method for solving algebraic Riccati equations. This method can improve the sometimes erratic convergence behavior of Newton's method.