Estágio realizado no INESC-Porto / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major Energia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Major Energia). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

La presente tesis se orienta a la producción limpia de H<SUB>2</SUB> a partir de sistemas de conversión de energía solar y eólica. Se analizan configuraciones de SGRHs (Sistemas de Generación Renovable de Hidrogéno), autónomas y asistidas por red, cuyo objetivo principal es el suministro adecuado de potencia al electrolizador. El modelado, análisis de la dinámica y diseño de control se efectúa aplicando conceptos de sistemas dinámicos híbridos. Para describir apropiadamente la interacción entre variables continuas y discretas típica de tales sistemas se emplea como herramienta matemática el autómata híbrido.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2009 / Made available in DSpace on 2012-10-24T21:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 273658.pdf: 2683631 bytes, checksum: 084e520511961195baef438a5831e71a (MD5) / Esta tese apresenta diversos aspectos relacionados com a modelagem, analise e controle de uma classe particular de sistemas hibridos, os sistemas comutados, e em particular a dos conversores de potencia. No capitulo 2 se introduz o conceito de Sistemas Hibridos, sistemas que apresentam dinamicas discretas e continuas ao mesmo tempo, e onde podem co-existir variaveis reais e discretas como por exemplo variaveis binarias. Tambem duas abordagens para realizar a modelagem destes sistemas são apresentadas, os sistemas por partes (Piece Wise Ans Systems - PWA) e os sistemas mistos logicos dinamicos (Mixed Logical Dynamical Systems -MLD). Ambas as ferramentas sao usadas para modelar um con-versor de potencia de corrente continua em corrente continua (CC-CC), o conversor Buck-Boost (CBB), que e o caso de estudo desta tese. No capitulo 3 se analisa a estabilidade de sistemas comutados autonomos lineares onde o sinal de comutaçao e um sinal arbitrantes de estabilidade baseadas nos conceitos de Raio Espectral Generalizado (Generalized Spectral Radius -GSR) e Raio Espectral Conjunto (Joint Spectral Radius - JSR). Mostra-se que o calculo do JSR e um problema computacionalmente complexo, o que limita a aplicacao desta ferramenta. Neste mesmo capitulo se obtem uma condicao sufciente de estabilidade atraves da funcao quadratica comum de Lyapunov (Common Quadratic Lyapunov Function - CQLF), a qual permite testar a estabilidade do sistema comutado de uma forma simples mas bastante conservadora. Finalmente se estuda uma solucao intermediaria entre os resultados conservadores da CQLF, e os menos conservadores, como o JSR, mas numericamente complexos. Esta solucao e obtida atraves da funcao quadratica comutada de Lyapunov (Switching Quadratic Lyapunov Function - SQLF). No capitulo 4 se desenvolvem aspectos teoricos e praticos, dos sistemas comutados. Estudam-se duas abordagens diferentes, a primeira e o controle preditivo misto inteiro (CPMI), que se aplica a sistemas MLD e permite realizar o projeto da lei de controle de uma forma sistematica. A segunda abordagem, que pode ser aplicada a sistemas hibridos nao-lineares, e o controle preditivo nao-linear hibrido (CPBMNL-Hibrido). Ambas as estrategias exemplicam-se atraves de sua aplicacao ao CBB. Finalmente no capitulo 5 se desenvolvem aspectos teoricos relacionados com o Projeto Integrado de Processos e Controle, e realizam-se dois estudos de caso para mostrar a importancia da metodologia no projeto de controle e conversores de potencia CC-CC. Em ambos os casos se mostram as vantagens da utilizacao do metodo com o fim de obter um sistema em malha fechada com uma performance otimizada, assim como a flexibilidade que mostra esta metodologia quando desejamos projetar um conversor para trabalhar numa certa faixa de operacao.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:44:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 228569.pdf: 3348845 bytes, checksum: e8d3db834b5755f6ee45f9cc04b6fd20 (MD5) / Este documento apresenta a cinemática diferencial de sistemas veículo-manipulador submarinos (SVMS), onde a modelagem cinemática destes sistemas é realizada utilizando o método de Davies de forma sistemática. A partir desta modelagem, propõe-se a solução da redundância do SVMS utilizando o método das restrições cinemáticas. Este método pode cancelar o movimento do veículo e simultaneamente, reorientar o mesmo na direção da corrente submarina por economia energética. Todavia, este método limita o espaço de trabalho apenas ao movimento do manipulador. Isto pode acarretar em posturas singulares quando o movimento deste manipulador não for suficiente para executar a dada tarefa. Neste sentido, propõe-se que o veículo mova-se de acordo com um índice de desempenho de forma a evitar que tais posturas ocorram e que permaneça parado quando este índice encontra-se afastado da singularidade. Para tanto, apresenta-se duas técnicas de inteligência artificial (IA) para incorporar conhecimento ao movimento do veículo. Por fim, quando apenas o movimento do veículo não for eficiente para evitar singularidades, as técnicas de IA são complementadas através de uma abordagem baseada na teoria de sistemas híbridos.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. / Made available in DSpace on 2013-07-16T01:40:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / As incertezas existentes no mundo real sao tratadas pela mente humana de maneira que seja poss´ývel alguma tomada de decisao baseada em fatos que nao representem uma verdade absoluta.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-09-23T17:09:08Z No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana(raquelviana@bce.unb.br) on 2016-11-24T13:58:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-24T13:58:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_LuisFelipedaCruzFigueredo.pdf: 42251540 bytes, checksum: bf57843e92b37b40c0684528bcf64a23 (MD5) / O objetivo principal deste trabalho é contribuir para a compreensão e para o avanço das técnicas de controle para robôs manipuladores no contexto de aprimorar o estado-da-arte em robótica. O presente trabalho fornece soluções para uma série de problemas relevantes e desafiadores com ênfase na precisão, robustez, otimização e flexibilidade do controle cinemático no espaço de tarefas. Estas características são essenciais para o desenvolvimento de ferramentas que permitam robôs executarem tarefas sofisticadas em cenários cada vez menos controlados. As contribuições são obtidas a partir da exploração da álgebra de quatérnios duais que é a abordagem escolhida para a modelagem e o controle da cinemática acoplada dos robôs manipuladores. A fim de defrontar a suscetibilidade de manipuladores com respeito a erros de modelagem, incertezas, distúrbios exógenos e a influência destes na pose do efetuador, adaptamos técnicas de controle H∞—válidas apenas para perturbações aditivas—para a álgebra de quatérnios duais. Assim, obtemos um vínculo intuitivo e elegante entre o desempenho sobre a trajetória do efetuador e diferentes fontes de incertezas e perturbações, ao mesmo tempo que atenuamos perturbações no sentido H∞ com o mínimo esforço de controle instantâneo. A partir da álgebra de quatérnios duais, também propomos novas estratégias de controle ótimo para manipuladores. Em contraste a técnicas clássicas, a otimização foca-se em variáveis do espaço de tarefas. Além de prevenir derrapagens e sobrepassos, esta nova estratégia é particularmente relevante ao lidarmos com os desafios inerentes a cenários que requerem maior precisão e segurança de interação em contraste com velocidade de convergência—é o caso, por exemplo, de robôs complacentes, múltiplos braços e interação homem-robô, onde a velocidade no espaço de tarefas é fator que influencia largamente a aceitação humana ao contato. A fim de aprimorar a reatividade do manipulador, introduzimos um novo critério que enriquece movimentos no espaço nulo. Utilizando controle chaveado, relaxamos determinadas especificações reduzindo o número de graus de liberdade controláveis, mas mantendo o efetuador dentro de subespaços desejados. Assim, o espaço nulo da Jacobiana é ampliado com mais graus de liberdade possibilitando a execução de tarefas adicionais. Aparte destes requisitos, visamos igualmente assegurar a manipulação adequada em toda a área de trabalho. Singularidades intrínsecas à cinemática são defrontadas tanto por meio de movimentos no espaço nulo—que mostramos ser válidos no formalismo de quatérnios duais—como através de uma nova estratégia de prevenção com base em critérios H∞. A solução é adequada para a variedade de quatérnios duais e regula explicitamente a compensação entre a exatidão e esforço de prevenção de singularidades inevitáveis. Finalmente, também abordarmos a obstrução topológica referente a estabilização global a partir de controladores contínuos—restrição válida para todas as representações de corpos rígidos. No caso de quatérnios duais unitários, a obstrução é representada pela problema de cobertura dupla inerente ao grupo. Neste trabalho, propomos uma lei de controle chaveada com histerese que assegura a estabilidade global robusta e assintótica no espaço de quatérnios duais. Uma extensa coleção de exemplos, simulações e experimentos são realizados para ilustrar a eficácia e relevância dos resultados. Ademais, e mais importante, os resultados propostos são validados por uma exploração matemática rigorosa a fim de garantir precisão e síntese adequada para aplicações práticas. Assim, o trabalho formaliza a teoria de controle na álgebra de quatérnios duais e aprimora o estado-da-arte de controle para manipuladores—contribuindo com o esforço contínuo para o desenvolvimento da robótica do futuro. _________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / In the light of the ongoing effort to improve the state-of-the-art in robotics, this thesis’s main goal is to contribute to the understanding and advancement of control techniques for robot manipulators. In this context, the present work provides solutions to a number of relevant and challenging task-space kinematic control problems for robot manipulators in the sense of accuracy, robustness, optimality and flexibility. These are cornerstone features required to unfold tools for robots to execute sophisticated tasks deployed at increasingly less controlled scenarios. To support the theory presented herein, this thesis exploits the advantages of the dual quaternion algebra to model and control the robot coupled translation and rotation kinematics. First, to address the manipulator liability to modeling errors, uncertainties, exogenous disturbances, and their influence upon the robot orientation and translation kinematics, we adapt H∞ techniques— suitable solely for additive noises—to dual quaternion algebra. In this sense, we provide an intuitive and elegant connection between performance effects over the end-effector trajectory and different sources of uncertainties and disturbances while satisfying disturbance attenuation properties with minimum instantaneous control effort. Sharing the dual quaternion advantages, we also propose novel optimal control strategies in dual quaternion task-space. In contrast to standard optimal control techniques, herein, we focus on optimizing task-space variables. In addition to preventing drifts and overshoots, the analysis is particularly relevant to address the challenges for increasing accuracy in scenarios that require precise and safe interaction in contrast to convergence speed—for instance, compliant robots, multiple arms and human-robot interaction where literature shows that controlled speed at taskspace largely influences the human acceptance of the contact. Finally, to cope with reactiveness requirements, we introduce a new criterion to enrich the selfmotions of robot manipulators. Using a switching control technique, we relax particular task specifications in order to control fewer degrees of freedom while maintaining the end-effector within desired subspaces. As a consequence, the Jacobian nullspace is enlarged with more degrees of freedom to perform additional self-motion tasks. Departing from the requirements for robustness, optimality and reactiveness, this thesis also aims at ensuring proper manipulation throughout the workspace. Singularities instrisic to the kinematic modeling are addressed both by means of self-motion—which is shown to be valid within the dual quaternion formalism—and using a novel avoidance strategy based on the H∞ criteria. The novel solution is suitable for dual quaternion manifold and explicitly regulates the trade-off between exactness and effort of avoiding inescapable singularities. Finally, we also approach the topological obstruction to global stabilization using continuous feedback—inherent to all rigid body representations. In the case of unit dual quaternions, the obstruction is reflected by the unwinding phenomenon that stems from the group double cover. Herein, we propose a switching control law with hysteresis that ensures robust global asymptotic stability within dual quaternion space. An extensive collection of examples, simulations and experiments are performed to illustrate the effectiveness and relevance of our results. Most important, all the proposed results are supported by rigorous mathematical evidence to ensure accuracy and proper synthesis with practical applications. Therefore, we believe the approaches herein formalize the control theory within unit dual quaternions and improve the state-of-the-art in control of manipulators—contributing to the ongoing effort of unfolding tools for the future of robotics.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2015. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2015-11-06T19:16:12Z No. of bitstreams: 1 2015_AnaMariadoCarmoMota.pdf: 4808251 bytes, checksum: f4d668ffe64f49dd5f289b4c38732d77 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2015-12-20T16:07:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_AnaMariadoCarmoMota.pdf: 4808251 bytes, checksum: f4d668ffe64f49dd5f289b4c38732d77 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-20T16:07:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_AnaMariadoCarmoMota.pdf: 4808251 bytes, checksum: f4d668ffe64f49dd5f289b4c38732d77 (MD5) / O sistema de lodos ativados é um dos processos de tratamento de águas residuárias mais utilizados no mundo. Apesar de apresentar boas eficiências na remoção de matéria orgânica e nutrientes, é muito sensível a aumento de cargas hidráulicas e orgânicas, além de gerar grandes quantidades de lodo. Vários estudos indicam que a implantação de sistemas híbridos pode resultar na otimização das vantagens e minimização das desvantagens do sistema de lodos ativados. O IFAS (Integrated Fixed-Film activated Sludge) é a um sistema de tratamento biológico formado pela associação do sistema de lodos ativados ao sistema MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor), no qual a biomassa cresce aderida a meios suporte mantidos em suspensão nos reatores biológicos. O presente estudo teve como objetivo avaliar o comportamento de uma unidade piloto, utilizando o sistema IFAS, em diferentes tempos de detenção hidráulica (TDH). Foi utilizado o PVA-Gel como meio suporte para crescimento da biomassa. Trata-se de um hidrogel poroso, que possui uma estrutura de malha com poros minúsculos, produzido a partir de álcool polivinílico, com densidade específica de 1.025, taxa de absorção de água de 0,08 m3/m3 e área superficial total de 2500m2/m3. A unidade piloto foi instalada na ETE Riacho Fundo, uma das unidades de tratamento de esgotos da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal (CAESB). O sistema foi operado com sete regimes operacionais diferentes, nos quais foram aplicados TDHs que variaram de 18 a 5,1 horas e carga de amônia de 41 a 230 g N-NH4+. m-3.d-1. A eficiência de remoção global de nitrogênio amoniacal foi de 79%, sendo que nos regimes com TDH de 18,12 e 9 horas, essa eficiência se manteve acima de 90%. Verificou-se pouca variação na eficiência de remoção de matéria orgânica ao longo do experimento, mantendo uma eficiência média de 95% de remoção de DQO solúvel. A estrutura da comunidade de protozoários e metazoários foi semelhante àquela observada nos sistemas de lodos ativados. Ensaios de atividade específica indicaram que a biomassa imobilizada no PVA-Gel é eficiente na remoção de amônia e matéria orgânica, com uma taxa de oxidação de amônia de até 12 mg N-NH4+h-1 em 0,525L de PVA-Gel. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / The activated sludge system is one of sewage treatment process most commonly used in the world. Despite showing good efficiency in removing organic matter and nutrients, it is very sensitive to increased hydraulic and organic loads, besides generate large amounts of sludge. Several studies indicate that the deployment of hybrid systems can result in optimizing the advantages and minimizing the disadvantages of activated sludge system. The IFAS (Integrated Fixed-Film Activated Sludge) is a biological treatment system formed by the combination of activated sludge system to the MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) in which the biomass grows attached to support means maintained in suspension in the biological reactor. This study aimed to evaluate the behavior of a pilot plant using the IFAS system at different hydraulic retention times (HRT). PVA-Gel was used as a carrier to the biomass growing. This is a porous hydrogel which has a knitted structure with small pores, produced from polyvinyl alcohol with a specific gravity of 1.025, water absorption rate of 0.08 m3 / m3, and the specific surface area of 2500m2. m-3. The pilot unit was installed in the Sewage Treatment Plant Riacho Fundo, one of the sewage treatment units of Environmental Sanitation Company of the Federal District. The system was operated at seven different operational systems, which were applied HRT ranging from 18 to 5.1 hours, ammonia load of 41 - 230 g N-NH4 +. m- 3.d -1. The overall removal efficiency of ammonia was 79%, and in HRT regimens of 18,12 and 9 hours, this efficiency has remained above 90%. There was little variation in the organic matter removal efficiency throughout the experiment, maintaining an average efficiency of 95% removal of soluble COD. The structure of the protozoa and metazoan community was similar to that observed in activated sludge systems. Specific activity assays indicated that the biomass immobilized in PVA-gel is effective in removing organic matter and ammonia to an ammonia oxidation rate of up to 12 mg N-NH4 + h-1 in 0,525L PVA- Gel.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-07-31T14:50:05Z No. of bitstreams: 1 2014_RenatoVilelaLopes.pdf: 2554179 bytes, checksum: b8486d77ec54d70ca70a4c5f3ceb175d (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-09-22T15:51:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_RenatoVilelaLopes.pdf: 2554179 bytes, checksum: b8486d77ec54d70ca70a4c5f3ceb175d (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-22T15:51:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_RenatoVilelaLopes.pdf: 2554179 bytes, checksum: b8486d77ec54d70ca70a4c5f3ceb175d (MD5) / Este trabalho aborda o problema de identif cação de sistemas dinâmicos híbridos com modelos descritos no espaço de estados. Mais especif camente é discutido o caso particular de sistemas chaveados lineares a tempo discreto, em que a variável discreta do estado denota o modelo matemático que descreve a forma como os estados contínuos evoluem. As abordagens desenvolvidas utilizam pressupostos gerais de que os instantes de chaveamento, o número de modelos locais, os parâmetros e as ordens destes modelos podem ser simultaneamente desconhecidos. A principal contribuição do trabalho é o desenvolvimento de uma nova estrutura de identificação onde os modelos locais são identif cados antes da estimação dos instantes de chaveamento do sistema. Para isso, explora-se o uso de técnicas de identif cação em subespaços, clustering, classif cação de dados e f ltragem híbrida. Essa nova estrutura de identif cação resultou no desenvolvimento de seis novos algoritmos. Um importante aspecto dos algoritmos propostos é o fato de ser mantido o controle sobre a base de estados na qual as matrizes dos diferentes modelos locais são calculadas, assim os diferentes sistemas locais podem ser diretamente combinados. A eficiência das abordagens propostas é demonstrada por meio de simulações numéricas e comparações com uma abordagem já existente na literatura. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work addresses the problem of identif cation of hybrid dynamical systems with models in state space. More specif cally, it is discussed the particular case of discrete-time switched linear systems where the discrete state variable denotes the mathematical model that describes how the continuous states evolve. The approaches developed use general assumptions such as the switching times, the number of local models, the parameters and the orders of these models can be simultaneously unknown. The main contribution of this work is the development of a new identif cation framework where the local models are identif ed prior to the estimation of the switching times. This task is accomplished by exploring the combined use of subspace identif cation methods, clustering, data classif cation and hybrid stochastic f ltering. This new framework resulted in the development of six new algorithms. An important feature of the algorithms is that the matrices of the different submodels can be directly combined since they are obtained for the same base states. The eff ciency of the proposed approaches is demonstrated by numerical simulations and comparison of the results with a previous literature approach.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:50:25Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo1971_1.pdf: 1243968 bytes, checksum: c2b0ffac3863dd2dac1588531b3c8f78 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho propõe e avalia sistemas híbridos para organização automática de documentos texto baseado em Mapas Auto-Organizáveis (do inglês Self-Organizing Maps - SOM). O objetivo é obter um sistema que ao combinar SOM com outros algoritmos de agrupamento seja capaz de gerar mapas de documentos de qualidade a um custo computacional baixo para grandes coleções de documentos texto. Um mapa de documentos é resultado de pós-processamento de uma rede neural SOM treinada com os vetores representativos dos documentos de uma coleção. Um mapa de documentos é considerado de boa qualidade quando este representa bem as relações de similaridade de conteúdo entre documentos de uma coleção. Um mapa de documentos possibilita a organização de uma coleção de documentos texto de acordo com a similaridade de conteúdo e tem aplicação na melhoria dos processos de recuperação de informação, exploração, navegação e descoberta de conhecimento sobre uma coleção. Vários trabalhos na literatura de redes neurais têm utilizado SOM para criar mapas de documentos. Entretanto, o treinamento de redes SOM ainda é uma tarefa cara computacionalmente para grandes coleções de documentos texto. Alguns métodos propostos na literatura para construir mapas de documentos mais rapidamente reduzem drasticamente a qualidade do mapa gerado; além disso, sistemas híbridos envolvendo SOM com outros algoritmos de agrupamento têm sido pouco investigados na literatura. Estes fatos motivaram o presente trabalho. Os resultados mostram que a combinação cuidadosa de algoritmos tradicionais de agrupamento como K-means e Leader com redes SOM é capaz de produzir sistemas híbridos bastante eficientes. Por este motivo, sistemas híbridos foram propostos, visando à construção automática de mapas de documentos com qualidade e a um custo computacional mais baixo. Estes sistemas híbridos representam um avanço na área de sistemas de organização automática de documentos texto, bem como sistemas neurais híbridos baseados em SOM, fornecendo resultados importantes para diversas aplicações práticas no projeto de sistemas, tais como engenhos de busca, sistemas para bibliotecas digitais e sistemas para descoberta de conhecimento em texto