Este trabalho propõe uma nova abordagem, baseada em wavelets, para o método Multigrid Algébrico (WAMG). Nesta nova abordagem, a Transformada Discreta Wavelet é aplicada na matriz de coeficientes do sistema linear gerando uma aproximação dessa matriz em cada nível do processo de multiresolução. As vantagens da nova abordagem, que incluem maior facilidade de paralelização e menor tempo de montagem, são apresentadas com detalhes e uma análise quantitativa de convergência do método WAMG é realizada a partir da sua aplicação em problemas testes. O WAMG também é testado como pré- condicionador para métodos iterativos no subespaço de Krylov na análise magnetostática e magnetodinâmica (regime permanente senoidal) pelo Método dos Elementos Finitos, e em matrizes esparsas extraidas das coleções Matrix Market e da Universidade da Flórida. São apresentados resultados numéricos comparando o WAMG com o Multigrid Algébrico tradicional e com os pré-condicionadores baseados em decomposições incompletas de Cholesky e LU. / In this work we propose a wavelet-based algebraic multigrid method (WAMG) as a linear system solver as well as a prediconditioner for Krylov subspace methods. It is a new approach for the Algebraic Multigrid method (AMG), which considers the use of Discrete Wavelet Transform (DWT) in the construction of a hierarchy of matrices. The two-dimensional DWT is applied to produce an approximation of the matrix in each level of the wavelets multiresolution decomposition process. The main advantages of this new approach are presented and a quantitative analysis of its convergence is shown after its application in some test problems. The WAMG also is tested as a preconditioner for Krylov subspace methods in problems with sparse matrices, in nonlinear magnetic field problems and in 3D time-harmonic Electromagnetic Edge-based Finite Element Analysis. Numerical results are presented comparing the WAMG with the standard Algebraic Multigrid method and with the preconditioners based on the incomplete Cholesky and LU decompositions.

Este trabalho trata de filtragem robusta para sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos discretos no tempo. Serão desenvolvidas estimativas preditoras e filtradas baseadas em algoritmos recursivos que são úteis para aplicações em tempo real. Serão desenvolvidas duas classes de filtros robustos, uma baseada em uma estratégia do tipo H \'INFINITO\' e a outra baseada no método dos mínimos quadrados regularizados robustos. Além disso, serão desenvolvidos filtros na forma de informação e seus respectivos algoritmos array para estimar esse tipo de sistema. Neste trabalho assume-se que os parâmetros de saltos do sistema Markoviano não são acessíveis. / This work deals with the problem of robust state estimation for discrete-time uncertain linear systems subject to Markovian jumps. Predicted and filtered estimates are developed based on recursive algorithms which are useful in on-line applications. We develop two classes of filters, the first one is based on a H \'INFINITO\' approach and the second one is based on a robust regularized leastsquare method. Moreover, we develop information filter and their respective array algorithms to estimate this kind of system. We assume that the jump parameters of the Markovian system are not acessible.

Submitted by Hellen Luz (hellencrisluz@gmail.com) on 2017-07-03T18:08:03Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ControladorGMVAplicado.pdf: 4787689 bytes, checksum: 5369a6da858d594a439c7bbc0f0a5c05 (MD5) / Approved for entry into archive by Irvana Coutinho (irvana@ufpa.br) on 2017-08-17T15:13:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ControladorGMVAplicado.pdf: 4787689 bytes, checksum: 5369a6da858d594a439c7bbc0f0a5c05 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-17T15:13:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_ControladorGMVAplicado.pdf: 4787689 bytes, checksum: 5369a6da858d594a439c7bbc0f0a5c05 (MD5) Previous issue date: 2017-04-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Nesta pesquisa, foram investigadas técnicas de controle linear, preditivo e estocástico, aplicadas ao problema de regulação do ângulo de passo de uma Turbina Eólica. A topologia do Sistema de Conversão de Energia Eólica (SCEE) estudado é do tipo Velocidade Fixa, com ângulo de passo variável. Os SCEE, de maneira geral, são sistemas que, durante seu funcionamento, estão sujeitos à constante entrada de perturbações do tipo estocásticas. Este tipo de perturbação, em muitos casos, é negligenciado, o que afeta o desempenho de controladores cujo o projeto foi baseado em modelos determinísticos. Pesquisas desenvolvidas na da Teoria de Controle Preditivo e Estocástico, têm comprovado os benefícios de se realizar o projeto de controladores baseados em modelos que consideram as parcelas, determinística e estocástica, do processo. Seguindo esta mesma abordagem de projeto, foi desenvolvido, nesta dissertação, o projeto de Reguladores do Ângulo de Passo (RAP), por meio da técnica de Argmentação Estocástica (AE) de controladores determinísticos. Os principais objetivos buscados foram: minimizar o consumo de energia do sistema de controle; e reduzir os custos relacionados à manutenção e troca dos atuadores no sistema de regulação do ângulo de passo. Foram realizados testes em um simulador de SCEE da MathWorks®. Os resultados dos testes comprovam o bom desempenho dos RAP projetados através da AE, os quais alcançaram os objetivos buscados no desenvolvimento desta pesquisa. / In this research, we investigated linear, predictive and stochastic control techniques applied to the pitch angle control of a Wind Turbine. The topology of the Wind Energy Conversion System (WECS) studied was the Fixed-Speed Variable-Pitch. The WECS, in general, is a system that, during their operation, is subject to the constant entry of stochastic disturbances. This type of disturbance is often neglected, which will negatively affect the performance of controllers whose design was based on deterministic models. Researches developed within the Predictive and Stochastic Control Theory, have proven the benefits of performing the design of controllers based on models that consider both the deterministic and stochastic portions of the process. Following this same design approach, the Picth Angle Control (PAC) project was developed, in this dissertation, using the Stochastic Augmentation (SA) of deterministic controllers. The main objectives sought, were: to minimize the energy consumption of the control system; and to reduce the costs related to the maintenance and replacement of actuators in the pitch angle control system. Simulation tests were performed on a MathWorks® WECS simulator. The results of the tests have proved the good performance of the PAC designed through the SA, which reached the control objectives sought with the development of this research.

[pt] Identificação paramétrica de sistemas mecânicos é uma das principais aplicações das técnicas de identificação de sistemas na Engenharia Mecânica, especificamente para a identificação de parâmetros modais de estruturas flexíveis. Um dos principais problemas na identificação é a presença de ruido nas medições. Este trabalho apresenta uma análise na presença de ruído de alguns dos métodos no domínio do tempo aplicáveis na identificação de parâmetros modais de sistemas mecânicos lineares invariantes no tempo com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO), usando como base o modelo em espaço de estados tipicamente usado em Dinâmica e Vibrações. Os algoritmos de subespaço envolvidos neste estudo destacam-se pela utilização da decomposição em valores singulares (SVD) dos dados, obtendo subespaços ortogonais dos modos associados ao sistema e dos modos associados ao ruído. Outros complicadores no processo de identificação que serão explorados neste trabalho são: flexibilidde e baixo amortecimento. Comparam-se as técnicas usando o modelo no espaço de estado da estrutura Mini- mast desenvolvida pela NASA Langley Research Center e simulações são feitas variando o nível de ruído nos dados, o amortecimento e a flexibilidade da estrutura. O problema de identificação de parâmetros estruturais (matrizes de massa, rigidez e amortecimento) também é estudado, as características e limitações dos algoritmos utilizados são analisados. Como exemplo de aplicação prática, um experimento foi realizado para identificar os parâmetros modais e estruturais de um rotor flexível e os resultados são discutidos. / [en] Parametric identification of mechanical systems is one of the main applications of the system identification techniques in Mechanical Engineering, specifically for the identification of modal parameters of flexible structures. One of the main problems in the identification is the presence of noise in the measurements. This work presents an analysis in the presence of noise of some of the time domain methods applicable in modal parameters identification of linear time-invariant mechanical systems with multiple inputs and multiple outputs (MIMO), using as base the state-space model typically used in Dynamics and Vibrations. The subspace algorithms involved in this study are distinguished for the use of the singular values decomposition (SVD) of the data, obtaining ortogonal subspaces of the modes associates to the system and of the modes associates to the noise. Other complicators in the identification process that will be explored in this work are: flexibility and low damping. The techniques are compared using the state-space model of the Mini-mast structure developed for NASA Langley Research Center and simulations are made varying the level of noise in the data, the damping and the flexibility of the structure. The problem of identification of structural parameters (mass, stiffness and damping matrices) also is studied, the characteristics and limitations of the used algorithm is analyzed. As example of practical application, an experiment was made to identify the modal parameters of a flexible rotor and the results are discussed.

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.

Este trabalho trata do desenvolvimento de um material didático, sob a forma de cadernos (presentemente, em forma de capítulos), acompanhado de protótipo de circuito simples para testes experimentais, a ser utilizado no ensino de nível médio. O conteúdo reunido nos cadernos abrange o desenvolvimento analítico de tópicos pertinentes à física-matemática, esquema para a construção do protótipo e exemplos utilizando recursos computacionais. Mais especificamente, buscou-se enfatizar o ensino dos tópicos de equações e sistemas lineares, motivados por fenômenos físicos. Pretendeu-se explorar o aspecto experimental (com a construção e o uso de protótipo de circuitos simples), o analítico (com a resolução de equações e sistemas lineares, e com uma introdução à programação linear) e o computacional (com uso da planilha eletrônica). Em todos os conteúdos desenvolvidos, é dada especial ênfase à interpretação, à análise e à validação dos resultados. Com este material, procura-se oferecer ao professor um conjunto de atividades didático-pedagógicas, que possam estimular a sua atuação crítica e criativa. E que, também, propiciem a reflexão e a análise na identificação e resolução de problemas, a fim de desencadear processos cognitivos que levem o aluno a compreender as interrelações entre a física e a matemática. / This paper is about the development of a didatic material, under the way of notebooks (here, in chapters), accompained by the prototype of simple circuit for experimental tests, to be used in high school teaching. The issue brought in the notebooks comprehends the analytic development of the topics that belong to the physics- mathematics, scheme for the building of the prototype and examples with the use of computer resources. More specifically, applied to the teaching of the topics of equations and linear systems, motivated by physics phenomena. It was intended to explore the experimental aspect (with the building of simple circuit prototype), the analytic (with the resolution of equations and linear systems, with an introduction to the linear programming) and the computer (with the use of electronic chart). In all the topics developed, a special emphasis is given to the interpretation, analysis and validating of the results. With this material, it was intended to offer the teacher a set of didatic- pedagogical activities that can stimulate the critical and creative acting. And that can also provide the thinking and analysis in the identification and resolution of problems, with the aim of triggering cognitive processes that lead the student to understand the inter-relations between physics and mathematics.

Este trabalho trata do desenvolvimento de um material didático, sob a forma de cadernos (presentemente, em forma de capítulos), acompanhado de protótipo de circuito simples para testes experimentais, a ser utilizado no ensino de nível médio. O conteúdo reunido nos cadernos abrange o desenvolvimento analítico de tópicos pertinentes à física-matemática, esquema para a construção do protótipo e exemplos utilizando recursos computacionais. Mais especificamente, buscou-se enfatizar o ensino dos tópicos de equações e sistemas lineares, motivados por fenômenos físicos. Pretendeu-se explorar o aspecto experimental (com a construção e o uso de protótipo de circuitos simples), o analítico (com a resolução de equações e sistemas lineares, e com uma introdução à programação linear) e o computacional (com uso da planilha eletrônica). Em todos os conteúdos desenvolvidos, é dada especial ênfase à interpretação, à análise e à validação dos resultados. Com este material, procura-se oferecer ao professor um conjunto de atividades didático-pedagógicas, que possam estimular a sua atuação crítica e criativa. E que, também, propiciem a reflexão e a análise na identificação e resolução de problemas, a fim de desencadear processos cognitivos que levem o aluno a compreender as interrelações entre a física e a matemática. / This paper is about the development of a didatic material, under the way of notebooks (here, in chapters), accompained by the prototype of simple circuit for experimental tests, to be used in high school teaching. The issue brought in the notebooks comprehends the analytic development of the topics that belong to the physics- mathematics, scheme for the building of the prototype and examples with the use of computer resources. More specifically, applied to the teaching of the topics of equations and linear systems, motivated by physics phenomena. It was intended to explore the experimental aspect (with the building of simple circuit prototype), the analytic (with the resolution of equations and linear systems, with an introduction to the linear programming) and the computer (with the use of electronic chart). In all the topics developed, a special emphasis is given to the interpretation, analysis and validating of the results. With this material, it was intended to offer the teacher a set of didatic- pedagogical activities that can stimulate the critical and creative acting. And that can also provide the thinking and analysis in the identification and resolution of problems, with the aim of triggering cognitive processes that lead the student to understand the inter-relations between physics and mathematics.

Este trabalho trata do problema de controle H-infinito de uma classe de sistemas lineares com saltos Markovianos (MJLS) a tempo contínuo, onde a cadeia de Markov toma valores em um conjunto infinito enumerável. Um bounded real lemma (que chamamos JBRL) é desenvolvido, estabelecendo que a factibilidade de um conjunto infinito de desigualdades matriciais lineares (LMIs) interconectadas é necessária e suficiente para que um dado sistema seja estocasticamente estável (SS) e atenda a um desempenho H-infinito prescrito. O problema H-infinito estudado consiste na atenuação do efeito que perturbações estocásticas de energia finita causam na saída de um sistema, no pior caso. Neste problema, conhecido na literatura como "disturbance attenuation" (DA), assumimos ainda que o controlador somente tem acesso ao processo de saltos e a uma saída do sistema. Os controladores de interesse devem garantir que tanto a estabilidade (SS) quanto um desempenho H-infinito sejam observados no sistema em malha fechada - donde as condições impostas pelo JBRL são determinantes para a existência de soluções. Um importante aspecto dessa nova abordagem é que ferramentas tão fundamentais quanto o Complemento de Schur ou o Lema da Projeção, p.ex., não podem mais ser usados para manipular os conjuntos de LMIs infinitamente acopladas - tal dificuldade é contornada pela introdução de versões estendidas desses resultados, no início do trabalho. Um dos principais resultados deste trabalho caracteriza a existência de soluções através de dois problemas LMI complementares, um dos quais torna possível o design computacional de controladores. Por fim, são apresentados algoritmos para a construção prática de controladores, ótimos ou sub-ótimos, dando origem a um conjunto de ferramentas que, especialmente no caso em que a cadeia de Markov é finita, podem ser implementadas computacionalmente de maneira imediata. Mesmo no caso finito, os resultados da tese são mais fortes do que aqueles atualmente encontrados na literatura.

PAE / O transporte rodoviário é um dos modais mais utilizados para o transporte de passageiros principalmente devido à sua acessibilidade, tanto no contexto nacional como mundial. As organizações buscam métodos e sistemas cada vez mais eficientes para atender de forma satisfatória seus clientes, oferencendo serviços de qualidade e confiáveis. O presente trabalho teve como objetivo propor um modelo matemático de veículos para a minimização de ônibus, evitando ao máximo o desbalanceamento da rede de transporte. O modelo buscou abranger as restrições inerentes aos fluxos em rodoviárias de modo a cobrir todas as viagens de uma tabela de horários já definida, alocando apenas um veículo para cada viagem e aproveitando o mesmo para outras viagens quando possível, atendendo à função objetivo. O modelo foi aplicado à uma empresa de transportes de passageiros com quatro cidades envolvidas e 105 viagens em um tempo de 24 horas. As variáveis e restrições foram identificadas a partir de entrevistas semi -estruturadas e visitas à organização, observando roteiros de viagens a serem cumpridos por dois modelos de ônibus: metropolitanos e articulados. Neste contexto, dois modelos distintos foram montados de forma a atender as viagens, sendo analisadas separadamente. Os resultados definiram um total necessário de 12 ônibus metropolitanos e 4 ônibus articulados para atender às exigências da empresa e da tabela viagens, sendo que todas as restrições foram satisfeitas, detectando -se a necessidade da realização de seis viagens mortas (sem passageiros) para suprir a necessidade de d emanda de ônibus para cada tabela de viagens diárias. Com os resultados, fez-se uma comparação com a programação que a empresa necessitava para cumprir a tabela de viagens, identificando a diminuição de um ônibus metropolitano, sem deixar de cumprir a restrição de autonomia de cada ônibus poder rodar 400 quilômetros sem necessidade de reabastecimento. Algumas melhorias foram identificadasanalisando-se a rede resultante, sendo discutidas ao final da pesquisa e norteando novas intenções de trabalhos futuros. / Road transport is one of the most used modes for passenger transport mainly due to its affordability, in the national and global context. Organizations seek for a better methods and systems to meet the satisfaction of its customers, offering quality and reliable services. This research aimed to propose a vehicle scheduling model to minimize buses, avoiding the transmission system imbalance. The model tried to cover the restrictions inherent about the vehicle flow on bus stations to cover all travel in a given timetable, allocating only one vehicle for each trip and using it for other trips when it is possible, given the objective function. The model was applied to a passenger transportation company with four cities involved and 105 trips in a time of 24 hours. The variables and constraints were identified from semi-structured interviews and visits at organization, identifying the tours to be met by two bus models: articulated and metropolitan. In this context, two different models were fitted to meet the travel , and analyzed separately. The results defined a required total of twelve metropolitan buses and four articulated buses to meet the company and timetable requirements and all constraints were satisfied, detecting the need of perform six deadheading trips (without passengers) to meet the need for demand bus for each table in the daily trips. With the results, a comparison was made between the old programming system adopted by the organization to fulfill the timetable, identifying the reduction of a metropolitan bus, while fulfilling the constraint of autonomy that each bus can travel 400 kilometers. Some improvements were identified by observing the resulting route network, being discussed at the end of the research and guiding for a new works in the future.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O objetivo deste trabalho é apresentar o método dos mínimos quadrados para resolver sistemas lineares sobredeterminados, ou seja, sistemas da forma Ax=b, em que A m×n , com m>n. Neste sentido, veremos como a resolução destes sistemas estão relacionados com encontrar a projeção ortogonal b sobre o subespaço gerado pelas colunas de A . Este tipo de sistema é usado ainda para modelar um problema de geoposicionamento, cujo objetivo é determinar a posição de um receptor que recebe o sinal de vários satélites. / The main goal of this work is to present the least squares method to solve overdetermined linear systems, that is, systems of the form Ax = b , where A m×n , with m > n . In this sense, we showed that the resolution of these systems is related to the orthogonal projection problem of b on the subspace generated by the columns of A. This type of system is used to model a problem of geo-positioning, whose objective is to determine the position of a receiver that receives the signal from several satellites.