Esta dissertação apresenta a modelagem matemática de um giroscópio de controle de momento (CMG) e aplica técnicas de controle digital para o controle de atitude dessa planta. CMGs são atuadores importantes para o controle de atitude de corpos no espaço, tais como satélites e veículos espaciais. Desenvolve-se a modelagem da planta por meio da mecânica Lagrangiana e estudam-se técnicas específicas de controle PID (proporcional-integral-derivativo) e LQR (linear-quadratic regulator ) digitais para aplicação em sistemas com a planta nas configurações desacoplada e acopladas de fase mínima e não-mínima. Realizam-se ensaios via simulação, com o modelo não-linear da planta, bem como via experimentos práticos, com o sistema real, para validar os controladores projetados. Com isso, obtêm-se resultados positivos com ambas as técnicas estudadas, com exceção ao caso acoplado de fase não-mínima, para o qual uma das técnicas não foi capaz de controlar a atitude da planta. / This dissertation presents the mathematical modeling of a control moment gyroscope (CMG) and applies digital control techniques for its attitude control. CMGs are important actuators for bodies attitude control in the space, such as satellites and space vehicles. The system modeling is developed with the Lagrangian mechanics and a digital proportionalintegral- derivative (PID) and a digital linear-quadratic regulator (LQR) control techniques are studied and applied to a decoupled system and coupled systems with minimum and non-minimum phases. Simulation tests with the non-linear plant model and experimental tests with the real plant are done in order to validate the control techniques. Then, positive results are reached with both studied techniques, excepting in the coupled system with non-minimum phase, in which one technique was not able to control it.

Este trabalho aborda o problema da inversão do vetor momento magnético, com ampla aplicação na Ressonância Nuclear Magnética (RNM). Em vez de uma sequência de impulsos e de abordarmos somente o problema de conduzir o vetor de -e3 para +e3, escolhemos uma lei de controle limitada e analisamos o processo de várias iterações (voltas completas). Através do método da medianização, obtemos uma solução explícita aproximada para o sistema e, através dela e de alguns teoremas auxiliares sobre rotações, discutimos a propagação do erro em módulo e fase cometido após a realização dessas iterações. / This dissertation considers the problem of inversion of the magnetic moment vector, with wide application in Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Instead of a pulse sequence and only approach the problem of driving the vector from -e3 to +e3, we choose limited controls and we analyze several iterations of the process (laps). By the averaging method, we obtain an approximate explicit solution for the system and through this method, together with some auxiliary theorems on rotations, we discuss the propagation of error in magnitude and phase committed after performing these iterations.

Este trabalho apresenta um estudo qualitativo das equações diferenciais nãolineares que descrevem o sincronismo de fase nos PLLs de 3ª ordem que compõem redes OWMS de topologia mista, Estrela Simples e Cadeia Simples. O objetivo é determinar, através da Teoria de Bifurcações, os valores ou relações entre os parâmetros constitutivos da rede que permitam a existência e a estabilidade do estado síncrono, quando são aplicadas, no oscilador mestre, duas funções de excitação muito comuns na prática: o degrau e a rampa de fase. Na determinação da estabilidade dos pontos de equilíbrio, sob o ponto de vista de Lyapunov, a existência de pontos de equilíbrio não-hiperbólicos não permite uma aproximação linear e, nesses casos, é aplicado o Teorema da Variedade Central. Essa técnica de simplificação de sistemas dinâmicos permite fazer uma aproximação homeomórfica em torno desses pontos, preservando a orientação no espaço de fases e possibilitando determinar localmente suas estabilidades. / This work presents a qualitative study of the non-linear differential equations that describe the synchronous state in 3rd order PLLs that compose One-way masterslave time distribution networks with Single Star and Single Chain topologies. Using bifurcation theory, the dynamical behavior of third-order phase-locked loops employed to extract the syncronous state in each node is analyzed depending on constitutive node parameters when two usual inputs, the step and the ramp phase pertubations, are supposed to appear in the master node. When parameter combinations result in non hyperbolic synchronous states, from Lyapunov point of view, the linear approximation does not provide any information about the local behavior of the system. In this case, the center manifold theorem permits the construction of an equivalent vector field representing the asymptotic behavior of the original system in the neighborhood of these points. Thus, the local stability can be determined.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Almeida do Amaral.pdf: 924821 bytes, checksum: 9688a401b13ea6bec24b0af1024abf72 (MD5) Previous issue date: 2011-02-01 / Communications have achieved great development on several fronts over the years. Among these, the communication using chaotic signals has been object of growing interest among researchers due to the characteristics of spread spectrum and hard detection. However these techniques still have inferior performance in comparison to conventional methods in non-ideal channels. To contribute do the solution of this problem, statistical estimation algorithms have been applied to the detection of the transmitted signal. The objective of this thesis is to study a communication system using chaotic carriers and reception with maximum likelihood (ML-CSK - Maximum Likelihood Chaos Shift Keying). For this, the application of Viterbi algorithm in chaotic modulation signals is investigated. As the previously proposed algorithms offer only good performance to signals generated by maps that present well-behaved probability density, a new technique was designed based on analysis of the map characteristics, obtained numerically through a training vector. The results of performed simulations assure the applicability and the good performance of the proposed innovations. / As comunicações têm alcançado grande desenvolvimento em várias frentes ao longo dos anos. Dentre estas, a comunicação utilizando sinais caóticos vêm sendo objeto de crescente interesse por parte dos pesquisadores devido às características de espalhamento espectral e difícil detecção. Entretanto estas técnicas ainda apresentam um desempenho inferior em comparação com os métodos convencionais em canais não ideais. Para contornar este problema, algoritmos estatísticos de estimação vêm sendo aplicados na detecção dos sinais transmitidos. O objetivo desta dissertação é estudar um sistema de comunicação utilizando portadoras caóticas e recepção com máxima verossimilhança (ML-CSK - Maximum Likelihood Chaos Shift Keying). Para isto, a aplicação do algoritmo de Viterbi em sistemas de modulação por sinais caóticos é investigada. A partir da constatação de que os algoritmos propostos anteriormente só apresentam bom desempenho para sinais gerados por mapas que apresentam densidade de probabilidade bem comportada, uma nova técnica foi concebida baseada no levantamento das características do mapa, obtidas numericamente através de um vetor de treinamento. Os resultados das simulações executadas atestam a aplicabilidade e o bom desempenho das inovações propostas.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:37:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andre Kishimoto.pdf: 6514091 bytes, checksum: cb3893235ae3a54cbfa637835b6903e8 (MD5) Previous issue date: 2014-08-13 / Instituto Presbiteriano Mackenzie / In digital game development, it is not uncommon to split the development process in three stages: pre-production, production and post-production. Game planning occurs in pre-production, in which game concept ideas are discussed and defined. In this stage, developers start working on the game design, describing what the game is about, its theme, number of players, game objectives, and others. Game design also includes game mechanics,which describes game rules, what players can and cannot do and how the game systems work. The production stage involves coding and asset creation that are used to build the game. Once the game is done, developers reach the post-production stage, shipping the game and entering the maintenance phase (bug fixing and updates). As for systems, it is possible to model a system using mathematical equations and verify its behaviour via temporal analysis. From this, this thesis aimed to evaluate the possibility of using dynamical systems as a tool to help defining game mechanics for digital games, including definition and analysis of agents and objects and their interaction via temporal analysis of the system. The time travel concept was included to offer players the ability to modify the initial parameters of the system modelled in a game, as a way to solve the challenges and problems presented in the game by changing the system behaviour over time. A digital game was developed as proof of concept, and its mechanics was based on the Lotka-Volterra model with logistic growth, applied to a three-species food chain. An agent-based three-species prey-predator model was also included in the game, and both models' behavior and outcome were compared. A pretest was taken by 11 users to evaluate the use of dynamical system as game mechanics as well as the time travel feature available in the game developed in this thesis. The proof of concept was evaluated and, together with the pretest results, it was confirmed that dynamical systems as game mechanics is possible, as it establishes the relationship between species and set the rules of temporal evolution for the game. / Na área de desenvolvimento de jogos digitais, costuma-se dividir o processo de desenvolvimento em três etapas: pré-produção, produção e pós-produção. A pré-produção envolve o planejamento do jogo, em que conceitos sobre este são discutidos e a ideia a ser desenvolvida é selecionada. Nessa etapa, começa o trabalho de game design (projeto de jogo), no qual se define sobre o que é o jogo, o tema, quantidade de jogadores, objetivos, entre outros. Um dos elementos de jogo definido no game design é a mecânica, que indica as regras e funcionamento do jogo. A produção é a etapa em que código e recursos áudiovisuais săo criados a fim de construir o jogo elaborado na pré-produção. Após o jogo ser desenvolvido, entra-se na etapa de pós-produção, com a distribuição do jogo e manutenção (correções posteriores e atualizações). Quanto ao funcionamento de um sistema real ou fictício, é possível modelar um sistema por meio de equações matemáticas e analisar seu comportamento a partir da evolução temporal. A partir disso, este trabalho teve como objetivo avaliar a possibilidade do uso de sistemas dinâmicos como ferramenta para elaboração da mecânica de jogos digitais, a fim de definir e analisar comportamentos de agentes e objetos e suas interações por meio da evolução temporal do sistema. Propôs-se a inclusão de viagem no tempo para permitir que o jogador modificasse parâmetros iniciais do sistema modelado, redefinindo o comportamento do sistema com o passar do tempo, com o objetivo de solucionar os desafios e problemas dispostos no âmbito do jogo. Para a realização da prova de conceito foi desenvolvido um jogo digital, sendo que aplicou-se como mecânica o modelo de Lotka-Volterra com crescimento logístico para uma cadeia alimentar de três espécies, assim como um sistema presa-predador baseado em agentes, a fim de comparar o funcionamento e comportamento de ambos os modelos. Realizou-se um teste preliminar com 11 usuários para avaliar o jogo desenvolvido na presente pesquisa quanto ao uso de sistemas dinâmicos como mecânica e ŕ funcionalidade de viagem no tempo. Com a análise da prova de conceito e resultados obtidos com o teste preliminar, confirmou-se a possibilidade de aplicação de sistemas dinâmicos como mecânica em jogos digitais, sendo possível estabelecer a relação entre espécies e definir as regras de evolução temporal no âmbito do jogo.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcos Kleber Soares Kunyosi.pdf: 2418852 bytes, checksum: ab6795f8d39445430da1eca23e865c56 (MD5) Previous issue date: 2006-09-11 / Instituto Presbiteriano Mackenzie / Recognition of patterns can be performed by using neural networks built with oscillators, like phase-locked loops (PLLs). These networks are modeled with differential equation systems and can be studied by using Dynamical System Theory, which is used in this work in order to investigate the dynamical behavior related to a synaptic configuration of a neural network. As a result of such an investigation, two methods (Brute Force and Algebric) that help to build neural networks formed by PLLs are presented. These methods aim to relate the synaptic configuration of the network to the corresponding basin of attraction of fixed points, which represent the stored patterns on the network. Also general properties of synaptic configuration are presented in order to generate other useful configurations. Then a model of an image recognition machine able to store in its memory a monochromatic image and able to determine if other image is similar to the memorized one is proposed. / Reconhecimento de padrões pode ser feito usando redes neurais construídas com osciladores, como malhas de sincronismo de fase (PLLs). Essas redes são modeladas por sistemas de equações diferenciais e podem ser estudas pela Teoria de Sistemas Dinâmicos, que é usada neste trabalho para investigar o comportamento dinâmico associado a uma configuração sináptica de uma rede neural. Como resultado dessa investigação, são apresentados dois métodos (Força Bruta e Algébrico) que auxiliam na construção de redes neurais formadas por PLLs. Esses métodos têm como objetivo relacionar a configuração sináptica da rede às respectivas bacias de atração de pontos atratores, os quais representam os padrões memorizados na rede. Também são apresentadas propriedades gerais da configuração sináptica que podem ser usadas para compor outras configurações de interesse. Por fim, é proposto um modelo de máquina reconhecedora de imagem capaz de armazenar em sua memória uma figura monocromática e determinar se uma imagem qualquer apresentada a ela é semelhante à memorizada.

Made available in DSpace on 2016-03-15T19:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pericles do Prado Turnes Junior.pdf: 1375255 bytes, checksum: 24dc630ef135368b840995d533e161e8 (MD5) Previous issue date: 2014-07-29 / Instituto Presbiteriano Mackenzie / There are many epidemiological models written in terms of ordinary differential equations (ODE). This approach is based on the homogeneous mixing assumption; that is, the topological structure of the network of social contacts, established by the individuals in the population, is not relevant to forecast the propagation of the studied pathogen. In this work, an epidemiological model formulated in terms of ODE and probabilistic cellular automata (PCA) is proposed to study the spread of contagious diseases that do not conferimmunity. The state variables of this model are the percentages of susceptible individuals, infected individuals and empty space. It is shown that this dynamical system can experience Hopf and transcritical bifurcations. Then, this model is used to evaluate the validity of the homogeneous mixing assumption, by using real data related to the transmission of gonorrhea, hepatitis C virus, human immunodeficiency virus and obesity. / Muitos modelos epidemiológicos são escritos em termos de equações diferenciais ordinárias (EDO). Essa abordagem baseia-se no pressuposto de mistura homogênea; ou seja, a estrutura topológica da rede de contatos sociais, estabelecida pelos indivíduos da população, não é relevante para prever o avanço do patógeno em estudo. Neste trabalho, é proposto um modelo epidemiológico formulado em termos de EDO e de autômato celular probabilista (ACP) para estudar a propagação de doenças contagiosas que não conferem imunidade. As variáveis de estado desse modelo são as porcentagens de indivíduos suscetíveis, de indivíduos infectados e de espaço vazio. Mostra-se que esse sistema dinâmico pode apresentar bifurcações de Hopf e transcrítica. O modelo é , então, usado para avaliar a validade da hipótese de mistura homogênea, usando dados relacionados à transmissão de gonorreia, vírus da hepatite C, vírus da imunodeficiência humana e obesidade.

Inicialmente, consideramos o mapa Logístico com os vários fenômenos nele presentes, para depois, ao perturbarmos esse mapa, adicionando periodicamente um termo de amplitude constante, identificarmos os novos fenômenos e as alterações que a introdução da perturbação faz aparecer. Apresentamos o circuito eletrônico de Matsumoto e, em seguida, o consideramos em um regime caótico perturbado por uma tensão elétrica senoidal externa. A introdução desta perturbação faz o circuito permanecer caótico, tornar-se periódico ou quasi-periódico no toro de duas frequências. Aplicamos diversos métodos de controle de caos a três sistemas (mapa Logístico, mapa de Hénon e circuito de Matsumoto). Para a estabilização de uma órbita periódica, consideramos os métodos de Ott-Grebogi-Yorke (OGY), de Romeiras, de Pyragas, de Sinha, de Singer e de H¨ubbler. Para o direcionamento da trajetória para um ponto de equilíbrio, usamos o método de Sinha. Para a transferência da trajetória para um dos atratores coexistentes no sistema de Matsumoto, usamos o método de Jackson-H¨ubbler (OPCL). Usando um conjunto de pertubações constantes em um parâmetro previamente escolhido, mostramos como é possével dirigir rapidamente uma trajetória, de qualquer um dos três sistemas considerados nesta tese, para um determinado alvo. Além disso, é mostrado como esse método pode ser aplicado experimentalmente. / Initially, we consider the Logistic map with its many non-linear phenomena. Then, we use this knowledge to discern new phenomena that shall appear when the map is perturbed, that is the Logistic map perturbed by a periodic and constant term. The Matsumoto\'s circuit is presented and, after we set this circuit to behave chaotically, we perturb it with a sinoidal wave, characterized by its frequency and amplitude. This perturbation is responsible for the appearence of a quasi-periodic and periodic oscillations, or the maintenance of chaos. We presented and applied many methods for controlling chaotic oscillations in three systems (the Logistic and Henon maps, and the Matsumoto\'s circuit), showing many ways for stabilizing a periodic orbit, using the methods of Ott-Grebogi-York (OGY), Romeiras, Singer, Sinhas and Huebbler. For targeting the trajectory to a equilibrium point, the Sinha\'s method was used. To transfer the system trajectory from one to another of the coexisting attractors presented in the Matsumoto\'s circuit, we use the Jackson-Huebbler (OPCL) method. Using a set of constant perturbations, in a previously chosen parameter, we showed how we can rapidly direct a trajectory of any of the considered three systems to a aimed target. Besides, it is shown how this method can be experimentally applied.

Nesse trabalho são apresentados alguns resultados sobre classificação de Ações Anosov de Rk em (k + 2)variedades fechadas. Obtivemos dois teoremas (Teoremas A e B) que classificam tais ações. Essencialmente, mostramos que a ação será uma Tk1 extensão de um fluxo Anosov. Na demonstração é usada teoria das folheações de codimensão um; técnicas desenvolvidas por Fenley, como o estudo da ação levantada no recobrimento universal e a construção de losangos invariantes nesse espaço; bem como resultados obtidos por Maquera e Barbot, que iniciaram os estudos de Ações Anosov visando a classificação topológica destas / In this work is presented some important results about Anosov actions of Rk in (k + 2)closed manifolds. We obtained two classification theorems (Theorems A and B) which give us, essentially, that the system is a Tk1-extension of an Anosov flow. In order to show that, we used the theory of foliations of codimension one, techniques developed by Fenley, such as study of the lift of the action in the universal cover and the construction of invariant lozenges, what is more, we used some results by Maquera and Barbot, who began the studies of Anosov Actions generalizing some classic results on the way to classificate them

O objetivo deste trabalho foi o de desenvolver e propor um modelo para integrar o Pensamento Sistêmico a partir da Dinâmica de Sistemas Qualitativa nas etapas Definir e Medir do DMAIC em projetos Seis Sigma que apresentem complexidade dinâmica. Esse modelo foi denominado DUMAIC, pois propõe a introdução da fase Understand Entender, nas etapas do DMAIC. Para o alcance desse objetivo, a metodologia de pesquisa escolhida foi a Pesquisa Ação. A aplicação do modelo deu-se em uma empresa de grande porte, uma empresa de médio porte e em um hospital. O trabalho desenvolveu-se baseado em entrevistas e reuniões com os participantes das equipes Seis Sigma para a explicitação dos modelos mentais a respeito dos problemas e posterior construção em grupo dos modelos dinâmicos qualitativos dos projetos. O resultado mais significativo obtido foi comum a todos os projetos: a descoberta de modo compartilhado pelos integrantes das equipes, ao longo da construção dos modelos qualitativos, de relacionamentos não óbvios entre variáveis causais, responsáveis pela dinâmica nos sistemas. Desse resultado, outros foram gerados, entre eles: a identificação de variáveis comuns a dois projetos Seis Sigma que seriam tratadas separadamente de modo não sistêmico; a descoberta de que as fronteiras entre departamentos dificultavam a análise de um problema, onde causa e efeito estavam distantes no tempo e espaço; a percepção de que o arquétipo Shifting the Burden ou Transferência de Responsabilidade dita muitas vezes o comportamento das equipes e que, quando descoberto, é possível sair em busca da solução fundamental. / The purpose of this paper is to develop and propose a model to integrate Systems Thinking through Qualitative System Dynamics, in the Define and Measure phases of the DMAIC process, in Six Sigma projects, which present dynamic complexity. Such model has been called DUMAIC as it proposes the introduction of the Understand phase in the DMAIC process. In order to reach this objective, the chosen research methodology was Action Research. The model was applied to a large-size company, a medium-size company and a hospital. The work developed was based on interviews and meetings with Six Sigma team members for elicitation of mental models on the problems and later construction, in groups, of the qualitative dynamic models of the projects. The most significant result obtained was common to all the projects: the finding, in a shared way by the members of the teams, while building the qualitative models, of non-obvious relationships between causal variables responsible for the dynamics in the systems. From this result others were generated, among them: identification of variables common to two Six Sigma projects which would be addressed separately in a non-systemic way; the finding that the borderlines between departments would make it difficult to analyze a problem, where cause and effect are distant in time and space; the perception that the \"Shifting the Burden\" archetype very often commands the behaviors of the teams, and that when it is found, it is possible to go in search of the fundamental solution.