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Controle de sistemas com atrasos no tempo na presença de atuadores saturantesGhiggi, Ilca Maria Ferrari January 2008 (has links)
Neste trabalho, aborda-se o problema de estabilização de sistemas lineares com atrasos nos estados e sujeitos a ação de atuadores saturantes. Em particular, são propostos métodos para a síntese de leis de controle estabilizantes do tipo realimentação de estados, realimentação dinâmica de saída, bem como para a síntese de compensadores de "anti-windup" estáticos e dinâmicos. Como objetivo de síntese consideram-se duas possibilidades, que o sistema esteja livre ou não de perturbações. No primeiro caso, determina-se uma lei de controle estabilizante de tal forma a maximizar um conjunto de condições iniciais admissíveis D. No caso do conjunto D ser dado, a lei de controle estabilizante que se determina, deve garantir estabilidade assintótica do sistema em malha-fechada para toda condição inicial pertencente a D. No segundo caso, considerando-se os problemas de atenuação e tolerância à perturbação, as leis de controle são obtidas com o intuito de minimizar o ganho-L2 entre a perturbação e a saída regulada do sistema ou de maximizar o limite superior da norma L2 das perturbações admissíveis, para as quais garante-se que as trajetórias do sistema em malha-fechada permaneçam limitadas. Condições locais e globais de estabilização são obtidas a partir da teoria de Lyapunov e da modelagem por zona-morta da saturação, com a conseqüente aplicação de uma condição de setor generalizada. Em se tratando de sistemas contínuos, para que as condições obtidas sejam dependentes do atraso, combinam-se estas ferramentas com a representação do sistema através de sistema descritor. Já no caso de sistemas discretos, combinam-se estas duas ferramentas com a utilização do Lema de Finsler. A utilização destas ferramentas possibilita que as condições obtidas sejam na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI's) ou quase lineares, permitindo assim, a formulação de problemas de otimização convexos. / In this work, we deal with the problem of stabilization of linear systems with delayed state and saturating inputs. Specifically, methods are proposed for the synthesis of stabilizing control laws of state feedback and dynamic output feedback types, as well as for the synthesis of static and dynamic anti-windup compensators. Regarding synthesis objectives two possibilities were considered, that the system is free or not of disturbances. In the first case, the stabilizing control law is computed considering the maximization of the set of admissible initial conditions D. In the case the set D is given, this stabilizing control law should guarantee asymptotic stability of the closed-loop system. In the second case, considering the problems of tolerance and disturbance attenuation, the control laws are proposed in order to minimize the L2 gain between to disturbance and the regulated output of system, or in order to maximize the bound on the admissible disturbances for which the trajectories are bounded. Local and global conditions for stabilization are obtained from the theory of Lyapunov and the modeling of the saturation by means of deadzone nonlinearities and the consequent application of a modified sector condition. For continuous systems, in order to obtain delay dependent conditions, these tools are combined with descriptor approach. In the case of discrete-time systems, these two tools are combined with the utilization of Finsler's Lemma. The use of these leads to the conditions in the form of Linear Matrix Inequalities (LMI's) or almost linear, allowing the formulation of convex optimization problems.
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O funcionamento do GPS e a matemática do ensino médioMoraes, Marcelo Cardozo de 21 August 2015 (has links)
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Previous issue date: 2015-08-21 / Não recebi financiamento / The main objective of this work is to make students understand the mathematical foundations for the operation of Global Positioning System (GPS). The research was done in a school in the state of São Paulo with students of the second year of high school and the analysis was done in a qualitative as well as quantitative manner. Two sheets of directed activities, were used so students were induced to understand what happens at the intersection of spherical surfaces and this was carried out
in three stages. During the first activity, students reviewed the circles of intersection of ideas, both geometrically and algebraically. In the second activity, these ideas were enlarged to spheres. The operation of the GPS was exposed in the activity three using PowerPoint slides, so goal that
students learned a little about the history of the GPS creation and its operation, and the central theorem of this work: "If four spherical surfaces intersect and their centers are not coplanar, then this intersection is a single point." The Didactic Engineering was the methodology used for the survey. The result indicates that although many students present difficulties during the activities, everyone understood the mathematical principles behind the GPS operation. / O principal objetivo desse trabalho é fazer com que os alunos entendam os fundamentos matemáticos para o funcionamento do Sistema de Posicionamento Global (GPS). A pesquisa foi feita numa escola no interior do Estado de São Paulo, com alunos do 2o ano do Ensino Médio e a análise dos resultados foi feita de maneira qualitativa e também quantitativa. Por
meio de duas folhas de atividades dirigidas, os alunos foram induzidos a entenderem o que acontece na intersecção de superfícies esféricas. Durante a primeira atividade, os alunos revisaram as ideias de intersecção de circunferências, tanto geometricamente como algebricamente. Na segunda atividade, estas ideias foram extrapoladas para esferas. O
funcionamento do GPS foi exposto na atividade três, por meio de slides em Power Point, com o objetivo de que os alunos aprendessem um pouco sobre a história da criação do GPS, do seu funcionamento e sobre o teorema central desse trabalho: “Se quatro superfícies esféricas se intersectam e seus centros são não coplanares, então essa intersecção consiste de um único ponto”. A Engenharia Didática foi a metodologia utilizada para a pesquisa. O resultado final indica que, apesar de muitos
alunos apresentarem dificuldades durante as atividades, todos entenderam os princípios matemáticos por trás do funcionamento do GPS.
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Um desacoplamento canônico para sistemas lineares multivariáveisSaboia, João Luiz Maurity 07 1900 (has links)
Submitted by Algacilda Conceição (algacilda@sibi.ufrj.br) on 2018-03-06T17:58:31Z
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Previous issue date: 1970-07 / COPPETEC / Apresenta um novo método para o desacoplamento de sistemas lineares multivariáveis, invariantes no tempo. O método utiliza os conceitos de Fatores Invariantes e Forma Canônica Racional de uma matriz. São dadas condições necessárias e suficientes para o desacoplamento do sistema, e estuda-se a controlabilidade e observabilidade do sistema desacoplado. Embora se tenha estudado o problema sob o ponto de vista da teoria de controle continuo, o método também pode ser empregado para sistemas lineares discretos. Foi desenvolvido um programa de computador que calcula os fatores invariantes de uma matriz, a transformação de similaridade que leva uma matriz à sua correspondente forma canônica racional, e que determina se o sistema pode ser desacoplado. / Presented a new method for the decoupling of multivariable, time-invariant, linear systems. The method utilizes the Invariant Factors and the Rational Canonical Form of a matrix. Necessary and sufficient conditions are given for the input-state-output decoupling of the system. System controllability and observability are studied in this framework. Although the decoupling scheme is developed for continuous control systems, it is also valid for discrete-time linear systems. A Fortran computer program is presented which calculates the invariant factors of a matrix, the similarity transformation that maps a matrix to the rational canonical form, and determines whether the system can be decoupled.
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Estudo de ciclos limites em sistemas diferenciais lineares por partes /Moretti Junior, Adimar. January 2012 (has links)
Orientador: Luci Any Francisco Roberto / Coorientador: Claudio Aguinaldo Buzzi / Banca: Ana Cristina Mereu / Banca: Claudio Gomes Pessoa / Resumo: Neste trabalho temos como objetivo estudar o número e a distribuição de ciclos limites em sistemas diferenciais lineares por partes. Em particular estudamos o número de ciclos limites do sistema diferencial linear por partes planar ˙x = −y − ε φ ( x) , ˙y = x, onde ε 6= 0 é um parâmetro pequeno e φ é uma função periódica linear por partes ímpar de período 4 . Provamos que dado um inteiro arbitário positivo n, o sistema acima possui exatamente n ciclos limites na faixa |x| ≤ 2 (n + 1 ). Consequentemente, existem sistemas diferenciais lineares por partes contendo uma infinidade de ciclos limites no plano real. Inicialmente obtemos uma quota inferior par a o número destes ciclos limites na faixa | x| ≤ 2 (n + 1 ) via Teoria do Averaging . Em seguida , utilizando a Teoria de Campos de Vetores Rodados, verificamos que o sistema acima tem exatamente n ciclos limites na faixa | x| ≤ 2 (n + 1 ) / Abstract: The main goal of this work aim to study the number and distribution of limit cycles in piecewise linear differential systems. In particular we consider the planar piecewise linear differential system ˙x = −y − ε φ ( x) , ˙y = x, where ε 6= 0 is a small parameter and φ is an odd piecewise linear periodic function of period 4 . We prove that given an arbitrary positive integer n, the system above has exactly n limit cycles in the strip | x| ≤ 2 (n + 1 ) . Consequently, there are piecewise differential systems containing an infinite number of limit cycles in the real plane. First we get a lower bound on the number of limit cycles in the strip |x| ≤ 2 (n + 1 ) via Averaging Theory. In the following , using the Theory of Rotated Vector Fields, we see that above system has exactly n limit cycles in the strip | x| ≤ 2 (n + 1 ) / Mestre
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Uma fundamenta??o matem?tica para processamento digital de sinais intervalaresTrindade, Roque Mendes Prado 05 June 2009 (has links)
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Previous issue date: 2009-06-05 / This work deals with a mathematical fundament for digital signal processing under point view of interval mathematics. Intend treat the open problem of precision and repesention of data in digital systems, with a intertval version of signals representation. Signals processing is a rich and complex area, therefore, this work makes a cutting with focus in systems linear invariant in the time. A vast literature in the area exists, but, some concepts in interval mathematics need to be redefined or to be elaborated for the construction of a solid theory of interval signal processing. We will construct a basic fundaments for signal processing in the interval version, such as basic properties linearity, stability, causality, a version to intervalar of linear systems e its properties. They will be presented interval versions of the convolution and the Z-transform. Will be made analysis of convergences of systems using interval Z-transform , a essentially interval distance, interval complex numbers , application in a interval filter. / Este trabalho explora uma fundamenta??o matem?tica, para o processamento digital de sinais sob uma ?ptica da matem?tica intervalar. Pretende explorar o problema aberto de precis?o e de representa??o de dados em sistemas digitais, trabalhando com uma vers?o intervalar de representa??o de sinais. Processamento de sinais ? uma ?rea muito ricae complexa, por isso, faremos um recorte e focaremos em sistemas lineares invariantes no tempo. Existe uma vasta literatura na ?rea, mas mesmo assim, ainda existe alguns conceitos na matem?tica intervalar que precisam ser redefinidos ou elaborados para a constru??o de uma teoria s?lida de processamento de sinais intervalares. Construiremos os fundamentos b?sicos para processamentos de sinais na vers?o intervalar, tais como as propriedades b?sicas linearidade, estabilidade, causalidade, uma vers?o intervalar de sistemas lineares e suas propriedades. Ser?o apresentadas vers?es intervalares da convolu??o e da transformada-Z. Ser? feita an?lise de converg?ncias de sistemas usando a transformada-Z intervalar, uma dist?ncia essencialmente intervalar, n?meros complexos intervalares, aplica??o em um filtro intervalar.
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Um ambiente computacional para modelagem simb?lica de sistemas f?sicos linearesSilva, Gilbert Azevedo da 28 January 2005 (has links)
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Previous issue date: 2005-01-28 / Este trabalho prop?e um ambiente computacional aplicado ao ensino de sistemas de controle, denominado de ModSym. O software implementa uma interface gr?fica para a modelagem de sistemas f?sicos lineares e mostra, passo a passo, o processamento necess?rio ? obten??o de modelos matem?ticos para esses sistemas. Um sistema f?sico pode ser representado, no software, de tr?s formas diferentes. O sistema pode ser representado por um diagrama gr?fico a partir de elementos dos dom?nios el?trico, mec?nico translacional, mec?nico rotacional e hidr?ulico. Pode tamb?m ser representado a partir de grafos de liga??o ou de diagramas de fluxo de sinal. Uma vez representado o sistema, o ModSym possibilita o c?lculo de fun??es de transfer?ncia do sistema na forma simb?lica, utilizando a regra de Mason. O software calcula tamb?m fun??es de transfer?ncia na forma num?rica e fun??es de sensibilidade param?trica. O trabalho prop?e ainda um algoritmo para obter o diagrama de fluxo de sinal de um sistema f?sico baseado no seu grafo de liga??o. Este algoritmo e a metodologia de an?lise de sistemas conhecida por Network Method permitiram a utiliza??o da regra de Mason no c?lculo de fun??es de transfer?ncia dos sistemas modelados no software
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Linear systems with Markov jumps and multiplicative noises: the constrained total variance problem. / Sistemas lineares com saltos Markovianos e ruídos multiplicativos: o problema da variância total restrita.Fabio Barbieri 20 December 2016 (has links)
In this work we study the stochastic optimal control problem of discrete-time linear systems subject to Markov jumps and multiplicative noises. We consider the multiperiod and finite time horizon optimization of a mean-variance cost function under a new criterion. In this new problem, we apply a constraint on the total output variance weighted by its risk parameter while maximizing the expected output. The optimal control law is obtained from a set of interconnected Riccati difference equations, extending previous results in the literature. The application of our results is exemplified by numerical simulations of a portfolio of stocks and a risk-free asset. / Neste trabalho, estudamos o problema do controle ótimo estocástico de sistemas lineares em tempo discreto sujeitos a saltos Markovianos e ruídos multiplicativos. Consideramos a otimização multiperíodo, com horizonte de tempo finito, de um funcional da média-variância sob um novo critério. Neste novo problema, maximizamos o valor esperado da saída do sistema ao mesmo tempo em que limitamos a sua variância total ponderada pelo seu parâmetro de risco. A lei de controle ótima é obtida através de um conjunto de equações de diferenças de Riccati interconectadas, estendendo resultados anteriores da literatura. São apresentadas simulações numéricas para uma carteira de investimentos com ações e um ativo de risco para exemplificarmos a aplicação de nossos resultados.
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Discrete-time jump linear systems with Markov chain in a general state space. / Sistemas lineares com saltos a tempo discreto com cadeia de Markov em espaço de estados geral.Danilo Zucolli Figueiredo 04 November 2016 (has links)
This thesis deals with discrete-time Markov jump linear systems (MJLS) with Markov chain in a general Borel space S. Several control issues have been addressed for this class of dynamic systems, including stochastic stability (SS), linear quadratic (LQ) optimal control synthesis, fllter design and a separation principle. Necessary and sffcient conditions for SS have been derived. It was shown that SS is equivalent to the spectral radius of an operator being less than 1 or to the existence of a solution to a \\Lyapunov-like\" equation. Based on the SS concept, the finite- and infinite-horizon LQ optimal control problems were tackled. The solution to the finite- (infinite-)horizon LQ optimal control problem was derived from the associated control S-coupled Riccati difference (algebraic) equations. By S-coupled it is meant that the equations are coupled via an integral over a transition probability kernel having a density with respect to a in-finite measure on the Borel space S. The design of linear Markov jump filters was analyzed and a solution to the finite- (infinite-)horizon filtering problem was obtained based on the associated filtering S-coupled Riccati difference (algebraic) equations. Conditions for the existence and uniqueness of a stabilizing positive semi-definite solution to the control and filtering S-coupled algebraic Riccati equations have also been derived. Finally a separation principle for discrete-time MJLS with Markov chain in a general state space was obtained. It was shown that the optimal controller for a partial information optimal control problem separates the partial information control problem into two problems, one associated with a filtering problem and the other associated with an optimal control problem with complete information. It is expected that the results obtained in this thesis may motivate further research on discrete-time MJLS with Markov chain in a general state space. / Esta tese trata de sistemas lineares com saltos markovianos (MJLS) a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço geral de Borel S. Vários problemas de controle foram abordados para esta classe de sistemas dinâmicos, incluindo estabilidade estocástica (SS), síntese de controle ótimo linear quadrático (LQ), projeto de filtros e um princípio da separação. Condições necessárias e suficientes para a SS foram obtidas. Foi demonstrado que SS é equivalente ao raio espectral de um operador ser menor que 1 ou à existência de uma solução para uma equação de Lyapunov. Os problemas de controle ótimo a horizonte finito e infinito foram abordados com base no conceito de SS. A solução para o problema de controle ótimo LQ a horizonte finito (infinito) foi obtida a partir das associadas equações a diferenças (algébricas) de Riccati S-acopladas de controle. Por S-acopladas entende-se que as equações são acopladas por uma integral sobre o kernel estocástico com densidade de transição em relação a uma medida in-finita no espaço de Borel S. O projeto de filtros lineares markovianos foi analisado e uma solução para o problema da filtragem a horizonte finito (infinito) foi obtida com base nas associadas equações a diferenças (algébricas) de Riccati S-acopladas de filtragem. Condições para a existência e unicidade de uma solução positiva semi-definida e estabilizável para as equações algébricas de Riccati S-acopladas associadas aos problemas de controle e filtragem também foram obtidas. Por último, foi estabelecido um princípio da separação para MJLS a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço de estados geral. Foi demonstrado que o controlador ótimo para um problema de controle ótimo com informação parcial separa o problema de controle com informação parcial em dois problemas, um deles associado a um problema de filtragem e o outro associado a um problema de controle ótimo com informação completa. Espera-se que os resultados obtidos nesta tese possam motivar futuras pesquisas sobre MJLS a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço de estados geral.
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Filtragem de sistemas discretos com parametros sujeitos a saltos markovianos / Filtering of discrete-time Markov jump linear systems Markov jump linear systemsFioravanti, André Ricardo, 1982- 10 July 2007 (has links)
Orientador: Jose Claudio Geromel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-10T01:06:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta dissertação tem par principal objetivo o estudo do problema de projeto de filtros H2 e Hoo de sistemas lineares discretos com parâmetros sujeitos a saltos markovianos. Inicialmente, sob a hipótese de que o parâmetro da cadeia de Markov é mensurável, fornecemos a caracterização de todos os filtros tais que o erro de estimação é limitado por uma norma, produzindo a solução completa do problema de projeto dependente do modo da cadeia. Baseado neste resultado, consideramos o projeto do filtro robusto capaz de lidar com incertezas paramétricas. Em seguida, propomos um procedimento de projeto de filtros sem o conhecimento da cadeia. Todos os problemas de filtragem são expressos em termos de desigualdades matriciais lineares. Os resultados teóricos são ilustrados através de uma aplicação prática que consiste na comunicação de dados através de um canal markoviano / Abstract: This thesis addresses the H2 and Hoo filtering design problem of discrete-time Markov jump linear systems. First, under the assumption that the Markov parameter is measurable, we provide the characterization of all filters such that the estimation errar remains bounded by a given narm leveI, yielding the complete solution of the mode-dependent filtering design problem. Based on this result, a robust filter design to deal with convex bounded parameter uncertainty is considered. In the sequeI, a design procedure for modeindependent filtering design is proposed. All filters are designed by solving linear matrix inequalities. The theory is illustrated by means of a practical example, consisting the data communication through a markovian channel / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica
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Controle de sistemas com atrasos no tempo na presença de atuadores saturantesGhiggi, Ilca Maria Ferrari January 2008 (has links)
Neste trabalho, aborda-se o problema de estabilização de sistemas lineares com atrasos nos estados e sujeitos a ação de atuadores saturantes. Em particular, são propostos métodos para a síntese de leis de controle estabilizantes do tipo realimentação de estados, realimentação dinâmica de saída, bem como para a síntese de compensadores de "anti-windup" estáticos e dinâmicos. Como objetivo de síntese consideram-se duas possibilidades, que o sistema esteja livre ou não de perturbações. No primeiro caso, determina-se uma lei de controle estabilizante de tal forma a maximizar um conjunto de condições iniciais admissíveis D. No caso do conjunto D ser dado, a lei de controle estabilizante que se determina, deve garantir estabilidade assintótica do sistema em malha-fechada para toda condição inicial pertencente a D. No segundo caso, considerando-se os problemas de atenuação e tolerância à perturbação, as leis de controle são obtidas com o intuito de minimizar o ganho-L2 entre a perturbação e a saída regulada do sistema ou de maximizar o limite superior da norma L2 das perturbações admissíveis, para as quais garante-se que as trajetórias do sistema em malha-fechada permaneçam limitadas. Condições locais e globais de estabilização são obtidas a partir da teoria de Lyapunov e da modelagem por zona-morta da saturação, com a conseqüente aplicação de uma condição de setor generalizada. Em se tratando de sistemas contínuos, para que as condições obtidas sejam dependentes do atraso, combinam-se estas ferramentas com a representação do sistema através de sistema descritor. Já no caso de sistemas discretos, combinam-se estas duas ferramentas com a utilização do Lema de Finsler. A utilização destas ferramentas possibilita que as condições obtidas sejam na forma de desigualdades matriciais lineares (LMI's) ou quase lineares, permitindo assim, a formulação de problemas de otimização convexos. / In this work, we deal with the problem of stabilization of linear systems with delayed state and saturating inputs. Specifically, methods are proposed for the synthesis of stabilizing control laws of state feedback and dynamic output feedback types, as well as for the synthesis of static and dynamic anti-windup compensators. Regarding synthesis objectives two possibilities were considered, that the system is free or not of disturbances. In the first case, the stabilizing control law is computed considering the maximization of the set of admissible initial conditions D. In the case the set D is given, this stabilizing control law should guarantee asymptotic stability of the closed-loop system. In the second case, considering the problems of tolerance and disturbance attenuation, the control laws are proposed in order to minimize the L2 gain between to disturbance and the regulated output of system, or in order to maximize the bound on the admissible disturbances for which the trajectories are bounded. Local and global conditions for stabilization are obtained from the theory of Lyapunov and the modeling of the saturation by means of deadzone nonlinearities and the consequent application of a modified sector condition. For continuous systems, in order to obtain delay dependent conditions, these tools are combined with descriptor approach. In the case of discrete-time systems, these two tools are combined with the utilization of Finsler's Lemma. The use of these leads to the conditions in the form of Linear Matrix Inequalities (LMI's) or almost linear, allowing the formulation of convex optimization problems.
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