Dissertação (mestrado) - Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 2009 / Bibliografia: f. 53-58 / Este trabalho aborda o problema de controle robusto H¥ para sistemas lineares sujeitos a restrições no controle e na saída, em tempo discreto. Deseja-se encontrar um controlador por realimentação de saída, de ordem menor ou igual do sistema (reduzida ou c / This work deals with the H¥ robust control problem for linear systems subject to control and output constraints in discrete time. A dynamic output feedback controller able to handle with the parametric uncertainties of the system is considered. It can be

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:35Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2005-12-23Bitstream added on 2014-06-13T19:08:15Z : No. of bitstreams: 1 faria_fa_me_ilha.pdf: 449416 bytes, checksum: 5b125946a1b6572f4afaf42155ca56f0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho aborda técnicas de controle em sistemas lineares realimentados com a derivada dos estados. Apresenta-se uma nova técnica de alocação de pólos, de forma que a resposta do sistema em malha fechada atenda alguns índices de desempenho. O projeto para o controlador é desenvolvido na forma de LMIs. Esse tipo de projeto é mais flexível no tratamento de robustez. Porém, é bem complicado inserir restriçõesi clássicas de índice de desempenho em LMIs. Para resolver essa situação usa-se o conceito de estabilidade regional (ou D-estabilidade) de sistemas. São apresentadas condições necessárias e suficientes para a D-estabilidade de sistemas lineares, realimentados com a derivada dos estados. Também são encontradas condições de suficiência para a D-estabilidade em sistemas com incertezas politópicas nos parâmetros. Apresenta-se a analogia que existe entre LMIs para sistemas com incertezas politópicas e LMIs para sistemas variantes no tempo. A eficiência da metodologia apresentada é avaliada através da solução de exemplos numéricos. / This work focuses control techniques in linear systems using only state-derivative feed- back. It presents new techniques for pole-placement, where the transient response of a linear system is specified by design constraints. The design of the controller is described in LMI framework. This framework is more exible on the design of robust systems. However, it is more difficulty to incorporate classical design constraints in LMIs. The problem is solved using D-stability concept. We proposed necessary and sufficient condi- tions for D-stability of linear system using state derivative feedback. Are also proposed sufficient conditions to uncertain linear system and time-varying systems with bounded parameters. The validity and applicability of this approach are illustrated by examples.

Orientador: Andréa Cristina Prokopczyk Arita / Coorientador: Luís Antônio Fernandes Oliveira / Banca: Michelle Fernanda Pierri Hernandez / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Resumo: Esta dissertação é um estudo sobre a controlabilidade de sistemas de controle descritos por equações diferenciais abstratas. Primeiramente, são apresentados alguns resultados de controlabilidade para sistemas lineares e sem retardo. Em seguida, é estabelecido um critério para a controlabilidade aproximada de sistemas lineares com retardo, através da comparação entre o conjunto atingível destes sistemas com o conjunto atingível dos sistemas sem retardo. Por fim, é apresentada uma generalização do resultado anterior para sistemas do tipo neutro com retardo / Abstract: This dissertation is a study on the controllability of control systems described by abstract differential equations. First, some results of controllability for linear systems without delay are presented. Then, a criterion for the approximate controllability of linear systems with delay is established by comparing the reachable set of these systems with the reachable set of the systems without delay. Finally, a generalization of the previous result for systems of neutral type with delay is presented / Mestre

Dissertação (mestrado) - Pontíficia Universidade Católica do Paraná, 2004 / Inclui bibliografia / Este trabalho trata da síntese de controladores robustos 2 H e ¥ H para sistemas lineares contínuos, com incertezas paramétricas e/ou sujeitos a restrições no estado, no controle e na saída. Primeiramente, os problemas de otimização 2 H e ¥ H via realimen / This work deals with the robust control 2 H and ¥ H design for continuous-time linear systems subject to parameter uncertainty and/or state, control and output constraints. In the first part, optimization 2 H and ¥ H problems by dynamic output feedback ar

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-02-14T03:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343971.pdf: 2316355 bytes, checksum: 0b56846c70ad4d31aef32017534aaed6 (MD5) Previous issue date: 2016 / Nos sistemas de controle via rede a troca de informação entre os elementos de controle (controlador, atuador, planta e sensor) é realizada utilizando uma rede de comunicação com múltiplos propósitos e compartilhada com outros dispositivos. As trocas de informação pela rede induzem uma maior complexidade à análise do sistema de controle devido a limitação na largura de banda da rede, a quantização do sinal, possíveis atrasos de transmissão induzidos pela rede e perda de informação devido a congestionamento. Este trabalho aborda o problema de análise de estabilidade de sistemas de controle via rede sob os efeitos da quantização e da perda de informação. Primeiramente, para tratar o problema de analise de estabilidade de sistemas sob quantização considera-se que o quantizador é estático, logarítmico e com número de níveis finito, e que está presente nos canais sensor-controle e controle-atuador. As condições de estabilidade são formuladas em termos de desigualdades matriciais lineares o que facilita a extensão do método para analisar a estabilidade de sistema não lineares. Abordando o problema de perda de informação é considerado que a modelagem do comportamento da perda de informação pode ser realizada por um modelo estocástico conhecido por processo de Bernoulli binário. Utilizando a noção de estabilidade no sentido da média quadrática em conjunto com a teoria de Lyapunov obtém-se um conjunto de condições necessárias que garantem a estabilidade de um sistema de controle não linear sujeito a perda de informação, em termos de desigualdades matriciais lineares, supondo um único canal com apagamento (controle-atuador), ou seja, o controle é tido como sendo parte integrante do elemento sensor, sendo assim, não é necessário enviar tal sinal pela rede. Considerando um sistema linear sujeito a quantização logarítmica finita e estática apresenta-se os resultados iniciais da análise de uma metodologia para o escalonamento da rede de um sistema de controle distribuído. Nessa proposta para o escalonamento da rede por quantização, é proposto modificar a largura de banda da rede utilizada por cada aplicação de maneira que as diferentes quantizações de cada malha de controle possibilitem a liberação de certa largura de banda para outras aplicações na rede que, em um dado momento, necessitem de uma largura de banda extra, sem comprometer a estabilidade da malha de controle. Finalmente, exemplos numéricos ilustram a aplicação das metodologias propostas.<br> / Abstract : In networked control systems, the exchange of information between control elements (controller, actuator, sensor and the system) is performed by using a shared multiple purpose communication network. The presence of a network in the control loop leads to a more complex control system analysis due to network bandwidth limitation, signal quantization, network induced transmission delays and information loss because of network congestion. This thesis addresses the stability analysis problem of networked control systems under quantized information and package dropouts. First, to handle the stability analysis problem of quantized systems, it is considered that the quantizer is static, logarithmic and has a finite size, and is present in the sensor-to-control and control-to-actuator channels. Stability conditions are formulated in terms of linear matrix inequality constraints which facilitates the method extension to deal with nonlinear systems. By modeling the information loss behavior in a fading network using a Bernoulli binary stochastic process, it is applied the mean square stability notion to deal with the information loss problem. The Lyapunov theory is then applied to obtain sufficient conditions to ensure the control system stability subject to information loss, in terms of linear matrix inequalities, assuming the presence of a single channel with erasure (control-to-actuator). Considering a linear system subject to a finite and static logarithmic quantization, preliminary results of a network scheduling methodology for distributed control systems is also presented. In this proposal, the network bandwidth used by each control loop changes dynamically in order to release a certain bandwidth for other network applications needing an extra bandwidth, at any given time, without compromising the control loop stability. Finally, numerical examples illustrate the potentials of the proposed methodologies.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.

Este trabalho apresenta um estudo comparativo, o projeto e a implementação de técnicas de controle lineares e não-lineares aplicadas em conversores estáticos de energia elétrica. O principal objetivo deste estudo é controlar, tanto a tensão de saída como o equilíbrio das tensões dos capacitores do barramento CC (Corrente Contínua) de um inversor NPC (Neutral Point Campled) três níveis monofásico. As técnicas de controle utilizadas são o PID (Proporcional-Integral-Derivativo), o ANLPID-GGF (Adaptive Non Linear PID – Gaussian Like Gain Functions), o LQR (Linear Quadratic Regulator) e o SDRE (State Dependent Riccati Equation). O ANLPID-GGF é uma proposta de otimização do controlador PID convencional utilizando funções de ganhos variáveis. Todos os controladores são projetados para manter os mesmos pólos dominantes (autovalores) do sistema em malha fechada de acordo com o modelo do conversor. Desta forma é possível realizar uma comparação mais coerente entre as quatro técnicas de controles estudadas. Com a determinação dos pólos dominantes do sistema é realizado o projeto dos controladores LQR e SDRE por alocação de pólos. Com o projeto por alocação de pólos pode-se evitar os sobre sinais comuns nas aplicações que utilizam controladores LQR e SDRE. Através da análise comparativa entre os quatro controladores, pode-se identificar as características distintas de cada método. Desta forma, também é proposta uma implementação paralela de controladores onde é feita uma associação ponderada entre as leis de controle, dando origem a uma estratégia de controle adaptativo ponderado que melhora o desempenho do sistema, tanto em tempo de resposta quanto na redução dos overshoots. As quatro técnicas de controle utilizadas e a estratégia proposta do controle adaptativo são implementadas em FPGA (Field Programmable Gate Array), utilizando a ferramenta DSP Builder para desenvolvimento e compilação do código HDL (Linguagem de Descrição de Hardware). Resultados de simulações e experimentais são apresentados com o objetivo de validar o desenvolvimento teórico proposto. / This work presents a comparative study, design and implementation of linear and nonlinear control techniques applied on power electronics converters. The main objective of this study is to control the output voltage and the voltage balance between the DC bus voltage capacitors balance of a three level NPC inverter. The control techniques used are the classic PID, the ANLPID-GGF, LQR and SDRE. The Non-Linear PID – Gaussian Gain Functions is considered a new nonlinear control technique used for optimization of the classic linear PID control. Taken the converter transfer function, the designs of the four controllers are set so the operating point of the closed loop system presents the same natural frequency. Thus, the comparative analysis of the performance of each control can be performed more precisely. The pole placement technique is used to design the LQR and SDRE controllers. By means of a comparative analysis of the controllers, it a parallel combination of the designed controllers is also proposed, yielding a weighted adaptive control system. The weighted adaptive controller improves the system performance, both in response time and in controlled magnitudes overshoots reduction. The four control techniques and the strategy an adaptive control proposed are implemented on FPGA, using the DSP Builder tool for the development and compilation the VHDL code. Simulation results are presented in order to validate the proposed theoretical development.

Resumo: Foram realizados estudos, projetos e simulações do controle não-linear da posição da perna de um paraplégico, com eletroestimulação, utilizando modelos fuzzy Takagi- Sugeno (T-S). Nessa pesquisa, foi adotado um modelo matemático que utiliza uma relação empírica do torque do músculo com a largura de pulso, representada por uma função de transferência de primeira ordem. A modelagem da dinâmica do modelo do paciente paraplégico foi realizada com variáveis de estado. Projetou-se um regulador fuzzy (T-S), inicialmente no ponto de operação com a posição da perna em 30o, utilizando-se a teoria de Lyapunov para o estudo da estabilidade dos sistemas dinâmicos e o projeto do controlador baseado em desigualdades matriciais lineares (Linear Matrix Inequalities, LMI). As especificações consideradas neste projeto foram a estabilidade, a taxa de decaimento e restrições nos sinais de entrada e saída. Foi também projetado um observador de estado e regulador com observador de estado, todos não-lineares e contínuos no tempo, para o paciente paraplégico, também baseado em LMI, no ponto de operação com a posição da perna em 60o. Devido a necessidade de implementação em hardware, um modelo discretizado foi proposto, para a obtenção de modelos fuzzy Takagi-Sugeno discretos no tempo, a partir de modelos fuzzy Takagi-Sugeno contínuos no tempo, considerando períodos de amostragem suficientemente pequenos. Análises te'oricas e simulações digitais comprovaram a sua eficácia. Reguladores com observadores contínuos no tempo, considerando o rastreamento da posição da perna de um paraplégico e uso de variáveis virtuais foram também propostos. Neste projeto, pôde-se variar a posição angular desejada sem a necessidade do cálculo do novo ponto de operação e do projeto de um novo controlador para cada ponto de operação. Um método de identificação de modelos locais... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis presents studies, designs and simulations about the use of functional electrical stimulation, to control the leg position of a paraplegic patient. The plant is described by a nonlinear system using Takagi-Sugeno fuzzy models and a closed-loop control is presented. A transfer function represents the mathematical model related to the muscle torque and the pulse width. Considering the operation point at 30◦ and all state variables available, then a fuzzy regulator was designed. This design was based on the Lyapunov stability, Linear Matrix Inequalities (LMI), and considered the following specifications: decay rate, and input and output constraints. Moreover, the design of a state observer, also based on LMIs, to obtain a continuous-time regulator with an observer in the operation at 60◦ was presented. Due to the necessity of implementation in hardware, a new method to obtain a discrete-time T-S model of plants described by continuous-time nonlinear T-S models, considering small sampling periods was proposed. Another new methodology was proposed to design continuous-time regulators and observers, through the signal tracking (leg position of paraplegics) and the use of virtual variables. This procedure allows the tracking of the angular position, without the design of a new controller for each operation point. A new method for the identification of T-S local models, where the input is a step and the system operates around the operation point of the wanted local model was proposed. This procedure is based on LMI. Other new method, using state-derivative feedback, was proposed for the control of the leg position of a paraplegic patient, described by a T-S model, using only accelerometers as sensors. All the simulated results in this thesis show that the proposed procedures are efficient and offer good results to this control problem class. / Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Coorientador: Aparecido Augusto de Carvalho / Banca: Erica Regina Marani Daruichi Machado / Banca: Neusa Augusto Pereira da Silva / Banca: Vilma Alves de Oliveira / Banca: Walter Germanovix / Doutor

Este trabalho aborda diversas técnicas de controle, com o intuito de comparação do desempenho e robustez ao aplicá-los a um conversor Buck. Iniciando pelo controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo), amplamente explorado e dominado no meio industrial, ele é adotado neste trabalho como referência de comparação para as demais técnicas desenvolvidas. Outra estratégia aqui apresentada é o GANLPID (Gaussian Adaptative Non Linear PID ou PID Adaptativo Não Linear Gaussiano), trata-se de uma técnica não linear, possui ganhos variantes em função do erro baseados em uma função gaussiana. O controle por alocação de polos é uma técnica de controle que em sua forma básica não possui parcela integral, sendo necessária a inclusão deste termo para minimizar o erro em regime permanente. As principais características de análise de desempenho são o tempo de acomodação e overshoot. Todas as técnicas são exploradas a fim de serem implementadas em dispositivos FPGA (Field Programmable Gate Array), possuindo algumas vantagens sobre microcontroladores e DSP’s (Digital Signal Processor), pois conseguem executar tarefas em paralelo deixando a execução do algoritmo mais rápida. As técnicas de controle escolhidas foram simuladas utilizando a ferramenta DSP Builder e compiladas diretamente em código HDL (linguagem de descrição de hardware). Os resultados de simulação e experimentais são apresentados e comentados para validar os projetos propostos. / This work discuss several techniques of control, with an intention of comparison of performance and robustness to apply them to Buck coverter. Starting with PID (Proportional, Integral, Derivative) controller, widely explored and dominated in an industrial environment, it’s used in this work as comparison reference for the others techniques developed. Another strategy presented here is the GANLPID (Gaussian Adaptative Non LinearPID), it’s a case of non linear technique, has won variants in function of the based on a Gaussian error function. variants have gains on function of error based on a Gaussian function. The pole placement control technique not having full part in their basic forms, being necessary to include this term to eliminate the steady-state error. The main performance analysis features are the settling time and overshoot. All the techniques are explored in order to be implemented in FPGA (Field Programmable Gate Array) devices, having some advantages over microcontrollers and DSP’s (Digital Signal Processor), because can execute tasks in parallel allowing the implementation of the algorithm more faster. The chosen control techniques were simulated using the DSP Builder tool and and compiled directly in HDL (hardware description language) code. The results of simulation and experimental are presented and discussed in order to validate the proposed projects.

Este trabalho aborda diversas técnicas de controle, com o intuito de comparação do desempenho e robustez ao aplicá-los a um conversor Buck. Iniciando pelo controlador PID (Proporcional, Integral e Derivativo), amplamente explorado e dominado no meio industrial, ele é adotado neste trabalho como referência de comparação para as demais técnicas desenvolvidas. Outra estratégia aqui apresentada é o GANLPID (Gaussian Adaptative Non Linear PID ou PID Adaptativo Não Linear Gaussiano), trata-se de uma técnica não linear, possui ganhos variantes em função do erro baseados em uma função gaussiana. O controle por alocação de polos é uma técnica de controle que em sua forma básica não possui parcela integral, sendo necessária a inclusão deste termo para minimizar o erro em regime permanente. As principais características de análise de desempenho são o tempo de acomodação e overshoot. Todas as técnicas são exploradas a fim de serem implementadas em dispositivos FPGA (Field Programmable Gate Array), possuindo algumas vantagens sobre microcontroladores e DSP’s (Digital Signal Processor), pois conseguem executar tarefas em paralelo deixando a execução do algoritmo mais rápida. As técnicas de controle escolhidas foram simuladas utilizando a ferramenta DSP Builder e compiladas diretamente em código HDL (linguagem de descrição de hardware). Os resultados de simulação e experimentais são apresentados e comentados para validar os projetos propostos. / This work discuss several techniques of control, with an intention of comparison of performance and robustness to apply them to Buck coverter. Starting with PID (Proportional, Integral, Derivative) controller, widely explored and dominated in an industrial environment, it’s used in this work as comparison reference for the others techniques developed. Another strategy presented here is the GANLPID (Gaussian Adaptative Non LinearPID), it’s a case of non linear technique, has won variants in function of the based on a Gaussian error function. variants have gains on function of error based on a Gaussian function. The pole placement control technique not having full part in their basic forms, being necessary to include this term to eliminate the steady-state error. The main performance analysis features are the settling time and overshoot. All the techniques are explored in order to be implemented in FPGA (Field Programmable Gate Array) devices, having some advantages over microcontrollers and DSP’s (Digital Signal Processor), because can execute tasks in parallel allowing the implementation of the algorithm more faster. The chosen control techniques were simulated using the DSP Builder tool and and compiled directly in HDL (hardware description language) code. The results of simulation and experimental are presented and discussed in order to validate the proposed projects.