Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-07-25Bitstream added on 2014-06-13T18:57:53Z : No. of bitstreams: 1 marques_ce_me_bauru.pdf: 1422589 bytes, checksum: bbbae557b8ae5bfeb1919a0a2eede667 (MD5) / O propósito deste trabalho é o de obter modelos matemáticos que sirvam de referência, para que se possa efetuar os estudos relacionados aos efeitos não-lineares presentes no comportamento dinâmico envolvido na perfuração de petróleo, executada por navios perfuradores. As diversas modelagens matemáticas adotadas e abordadas neste trabalho, para esse tipo de problema, baseiam-se em sistemas pendulares invertidos e que possuem excitação harmônica ou excitação por meio de um EDS-Vibrador Eletrodinâmico (electrodynamics Shaker), na forma de um circuito RLC com uma fonte de tensão harmônica. A investigação do problema em questão, se fez por meio de simulações numérico-computacionais, fazendo-se uso do método Runge-Kutta de 4ª ordem para a integração numérica das equações de movimento dos sistemas, aproximando suas soluções. O controle aplicado nas possíveis irregularidades associadas ao movimento do sistema é do tipo retroalimentação de ajuste de energia de oscilação, proposto anteriormente por TERESHKO (2011) e daí adaptado ao modelo matemático, adotado / The purpose of this paper is to obtain mathematical models that serve as a reference for the studies related to the nonlinear effects present in the dynamic behavior involved in oil drilling, performance by drill ships. The various mathematical models adopted and raised in this paper for this problem, were based on inverted pendulum systems and have harmonic excitation or through an EDS-electrodynamics vibrator (Electrodynamics Shaker) simplified ma form of an RLC circuit with a harmonic voltage source. The investigation of the problem in question was made by means of numerical and computational simulations, making use of the Runge-Kutta 4th order for the direct numerical integration of the equations of motion of systems approaching their solutions. The control applied on possible irregularities associated with the motion of the the system is the type of feedback adjustment oscillation energy, previously proposed by TERESHKO (2011) and then adapted to the mathematical model adopted

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:31Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-04-27Bitstream added on 2014-06-13T18:49:27Z : No. of bitstreams: 1 santim_mpa_me_ilha.pdf: 717896 bytes, checksum: a230b88ccd1e9c8a423a3c063f05c183 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Foi proposto nesta dissertação um novo método para o rastreamento de sinais constantes (regulação) em sistemas não lineares através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O método consiste em projetar um único controlador que torna assintoticamente estável um ponto de equilíbrio desejado, que pertence a um determinado intervalo ou região conhecida, sem a necessidade de refazer o projeto dos ganhos do controlador a cada novo ponto de operação escolhido. Neste trabalho também é proposta uma nova metodologia de controle com comutação para algumas classes de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno. Tal metodologia projeta os ganhos do controlador baseado na Compensação Distribuída Paralela, porém é utilizado um regulador com comutação que utiliza o ganho que retorna o menor valor da derivada da função de Lyapunov. Esse procedimento evita a necessidade da obtenção das funções de pertinência normalizadas, o que pode facilitar a implementação dos controladores, pois as funções de pertinência normalizadas são, em geral, funções não lineares. Os projetos são baseados em desigualdades matriciais lineares (em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs)) e tem a estabilidade assintótica garantida por funções de Lyapunov. Para verificar a validade dos métodos propostos são apresentados exemplos numéricos e simulações, abordando o sistema bola-viga e levitador magnético, usando o software MATLAB / This dissertation proposes a new method based on LMIs for tracking constant signals (regulation) considering nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. The method consists in designing a single controller that stabilizes the systemat an operation point belonging to a certain range or region, without the need of remaking the design of the controller gains at each new chosen operation point. This paper also proposes a new methodology to control switching for some classes of nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. This methodology projects the controller gains based on the Parallel Distributed Compensation, however is used a switching regulator that uses the gain that returns the minimum value of the derivative of the Lyapunov function. This procedure can be useful in the implementations of Takagi-Sugeno fuzzy controllers, because it does not use the normalized membership function, that usually are nonlinear functions. The designs are based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and asymptotic stability is ensured by Lyapunov functions. To verify the validity of the proposed methods are presented numeric examples and simulations, considering the ball-beam and magnetic levitator systems, using the software MATLAB

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-06-21Bitstream added on 2014-06-13T19:26:17Z : No. of bitstreams: 1 iliuk_i_me_bauru.pdf: 2013927 bytes, checksum: e94fef7f2a027b1dc8fe2b2da4ecc240 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... / In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-27Bitstream added on 2014-06-13T20:29:07Z : No. of bitstreams: 1 bassinello_dg_me_bauru.pdf: 2448194 bytes, checksum: 911c482b9ecfe0c957b2b1eeca0bdacf (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Universidade Estadual Paulista (UNESP) / Neste trabalho é realizada a análise do comportamento dinâmico não linear, caótico e controle, de um sistema macro eletromecânico e um sistema micro eletromecânico, e esta dividida em duas partes: A primeira parte desta dissertação trata - se de um sistema eletromecânico de 2º ordem com um único grau de liberdade em escala macro. Tal sistema é constituído de um oscilador mecânico composto de massa, mola não linear e amortecedor acolplado a um circuito elétrico, este composto uma resistência em série com um atuador capacitivo e um magnésio variável. O objetivo desta análise é estudar o comportamento dinâmico do modelo eletromecânico em estado de equilíbrio, e verificar como as simplificaçõs das não linearidades podem alterar a resposta do sistema. São aplicadas dua técnicas de controle ativo o controle linear feedback e o controle utilizado a equação de Riccati dependente do estado, como ferramenta para obter as oscilações em uma órbita periódica desejada, e com a finalidade de realizar uma comparação entre a eficiência destes dois métodos, para este sistema. Na segunda parte é analisado o comportamento dinâmico de um sistema micro MEMS, representado por um micro-acelerômetro moderado por uma equação diferencial não-linear de segunda ordem. Este sistema considera duas placas fixas e uma placa móvel entre elas, a qual é aplicada uma tensão V (t), tais placas têm as funções de fornecer eletrodos para formar um capacitor e armazenar energia elétrica, e de fornecer elasticidade ou rigidez mecânica. Os resultados são obtidos através de simulações numéricas, sendo possível observar que para uma determinada faixa de parâmetros utilizados o sistema apresenta um comportamento indesejável. Através do uso da técnica do controle ótimo foi possível levar o sistema a uma orbita periódica desejada / This work presented analysis of the dynamic behavior of nonlinear and chaotic control, of electromechanical systems in macro and micro scales, and is divided into two parts. The first part of this work is an electromechanical system in macro scale of second order with of a single degree of freedom. This system consists of mechanical oscillator consisting of mass, spring nonlinear and damper, coupled to an electric circuit, this compound a resistence in series with a capacitive actuator and a magnetic variable. The purpose of this analysis is to study the dynamic behavior of electromechanical model in equilibrium, and see how the simplifications of nonlinearities can change the system response. Two techniques are applied to active control, linear feedback control, and control using the Riccati equation sate-dependent, as a tool for the oscillations in a disired periodic orbit, and with the purpose to make a comparison between the effectiveness of two methods for this system. In the second part we analyze the dynamic behavior of a micro electromechanical system MEMS, represented by a micro-accelerometer is modeled by a nonlinear differential equation of second order. This system takes two fixed plates and a movable plate between them, which is applied a voltage V (t), such boards have the function of providing electrodes to form a capacitor or store electrical energy, and providing mechanical stiffness or elasticity. Results are obtained through numerical simulations. As can be seen that for a certain range of parameters the sytem presents an undesirable behavior. Through the using the technique of optimal control could case the sysstem to a desired periodic orbit. For the system with dimensionless parameters one can observe a chaotic behavior. As in general it is not possible to obtain exact analytical solutions to equations, sought an approximate solution obtained by the method of perturbation, the (Method of Multiple Scales)

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-03-08Bitstream added on 2014-06-13T18:49:38Z : No. of bitstreams: 1 ferreira_ec_me_bauru.pdf: 1363225 bytes, checksum: ccc8106dfbb8eac850fd3e13509a0125 (MD5) / Muitos autores mostram a viabilidade do uso de pacotes de algoritmos de otimização, com métodos específicos, para resolução de problemas reais. Neste trabalho destacamos o pacote de algoritmos de otimização Knitro, o qual foi projetado para resolver problemas de programação não linear e de grande porte. A sua implementação é composta de um Método de Pontos Interiores e um Método de Região de Confiança. No Método de Pontos Interiores, o problema de programação não linear é substituído por uma seqüência de subproblemas de barreira, os quais são controlados por um parâmetro de barreira. Caso o algoritmo de ponto interior não forneça garantia de convergência global, isto é, ocorra a presença de não-convexidade e deficiências no posto da matriz Hessiana ou Jabobiana, um Método de Região de Confiança é chamado para garantir a convergência global, em que o cálculo do passo é feito por meio de uma algoritmo gradiente conjugado. Muitos autores destacam, em seus trabalhos, que a convergência do Método de Pontos Interiores está diretamente ligado às estratégias de atualização do parâmetro de barreira, bem como à sua inicialização. Várias estratégias da atualização do parâmetro de barreira estão disponíveis no pacote de algoritmos de otimização Knitro. Neste trabalho, propomos utilizar o software Knitro e analisar a influência das diferentes estratégias de atualização do parâmetro de barreira disponíveis, na solução de problemas matemáticos e dos problemas de Fluxo de Potência Ótimo (FPO), estudado na Engenharia Elétrica, área de Sistemas Elétricos de Potência. Experimentos numéricos são apresentados com um problema matemático teste e com os sistemas elétricas IEEE 14,30 e 118 barras / Many authors show the feasibility of using packet optimization algorithms with specific methods for solving real problems. In this paper we emphasize the package optimization algorithms Knitro, which was designed to solve problems of nonlinear programming and large. The implementation consists of an Interior Point Method and of Trust Region Method. In the interior point method, the nonlinear programming problem is replaced by a sequence of barrier subproblems, which is controlled by a barrier parameter. If the interior point algorithm does not provide guarantee of global convergence, that is occurring the presence of non-convexity and deficiencies in the post the Hessien matrix of Jacobian, a is invoked Trust Region method to ensure global convergence, in which the calculation of step is done using a conjugate gradient algorithm. Many athors emphasize in their work, the convergence of Interior Point Method is directly linked to the strategies of updating the barrier parameter, as well as its startup. Various strategies for updating the barrier parameter are available in the optimization algorithms of package Knitro. In this paper, we propose to use the software Knitro and analyze the influence of different strategies for updating the barrier parameter available in the solution of mathematical problems and problems of Optimal Power Flow (OPF). studied in Electrical Engineering Electrical Systems power area. Numerical experiments are presented with test a mathematical problem and electrical systems IEEE 14,30 and 118 buses

Submitted by Maria Suzana Diniz (msuzanad@hotmail.com) on 2015-11-10T13:06:52Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2081019 bytes, checksum: 810ebb6d466319b898b20b865caa5d4f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-10T13:06:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2081019 bytes, checksum: 810ebb6d466319b898b20b865caa5d4f (MD5) Previous issue date: 2014-12-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This paper presents multivariable nonlinear mathematical models with estimable parameters in online identification for an electromechanical manipulator, thus enabling practical applications of adaptive control techniques. The manipulator comprises three rotary joints and three links appointed link 1, 2 and 3. The total displacement of the link 1 is 180° and of the link 2 is 110 °, with each of these links being driven by a direct current motor, while the link 3 has its motion controlled by a mechanical system that always keeps the horizontal position. The identification process started of the nonlinear autoregressive model with exogenous variables (NARX) for multiple inputs and multiple outputs, using the error reduction rate (ERR) method, coupled nonlinear, decoupled nonlinear and decoupled linear models were determined to the link 1 and link 2 of the manipulator. The Recursive Least Squares (RLS) estimator is used to estimate the parameters of the representative model of the robot manipulator links 1 and 2, thus verifying the efficiency of the models obtained in the online identification. / Este trabalho apresenta modelos matemáticos não lineares, multivariáveis com parâmetros estimáveis em identificação online para um manipulador eletromecânico, permitindo assim aplicações práticas de técnicas de controle adaptativo. O manipulador é composto por três juntas rotativas e três elos nomeados de elo 1, 2 e 3. O deslocamento total do elo 1 é de 180° e do elo 2 é de 110°, sendo cada um desses elos comandado por um motor de corrente contínua, enquanto o elo 3 tem o seu movimento comandado por um sistema mecânico que sempre o mantém na posição horizontal. O processo de identificação partiu do modelo auto-regressivo com entradas exógenas NARX (Nonlinear Autoregressive Model with Exogenous Variables) para múltiplas entradas e múltiplas saídas MIMO (Multiples Inputs and Multiplex Outputs). Utilizando o método da taxa de redução de erro ERR (Error Reduction Rate), determinando os modelos não lineares acoplados, não lineares desacoplados e lineares desacoplados para o elo 1 e elo 2 do manipulador. O estimador dos Mínimos Quadrados Recursivos (MQR) é utilizado para a estimação dos parâmetros do modelo representativo dos elos 1 e 2 do robô manipulador, verificando assim as eficiências dos modelos obtidos na identificação online.

Orientador: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Coorientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Edson Antonio Capello Sousa / Resumo: Nas aplicações em engenharia existem várias situações onde é necessário o uso de vibrações em certas partes de um sistema mecânico, criadas a partir de transição brusca de um parâmetro do sistema, como por exemplo, em máquinas perfuratrizes de solo na exploração de petróleo onde a condição de impacto na interação-rolha facilita a penetração no solo. Os sistemas mecânicos submetidos a esse forma de excitação são chamados em geral de mecanismos tipo Vibro-Impacto. Nesta dissertação, faz-se a análise da dinâmica de um sistema mecânico Vibro-Impacto de dois graus de liberdade composto por dois blocos de massas diferentes acoplados por uma rigidez (mola) de dois estágios. Dois modelos não-lineares foram utilizados para representar o sistema estudado: o primeiro é excitado de maneira ideal, sob a forma de uma força harmônica e o segundo, de maneira não-ideal sob a forma de um rotor desbalanceado acionado por um motor elétrico de corrente contínua. A dinâmica do sistema é modelada considerando duas situações distintas: sem a condição de impacto e com a condição de impacto, de acordo com a relação entre o deslocamento e a folga no sistema. Foram analisados os resultados das simulações numéricas através dos históricos no tempo, retratos de fase, diagramas de bifurcações, mapas de Poincaré e espectros de frequencias. Observaram-se as velocidades de avanço do sistema, as taxas de transferência de energia, e as forças durante as transições bruscas da rigidez (condição tipo impacto) entre as massas, determinando-se as faixas dos parâmetros com comportamentos periódicos e caóticos assim como a ocorrência do Efeito Sommerfeld. A partir dos resultados obtidos foi possível concluir que o mecanismo tipo Vibro-Impacto analisado possui maior velocidade de avanço e maior força em determinada frequencia de excitação onde o movimento apresenta-se no regime caótico / Abstract: In engineering aplications there are several situations in which it is necessary to use vibrations in certain elements of a mechanical system, created with an abrupt transition from one system parameter, such as soil drilling machines in oil exploration where the impact condition on the drill-rock interaction enhances penetration into soil. Mechanical systems subjected to this form of excitation are called in general mechanisms of vibro-impact type. This dissertation makes the analysis of the dynamics of a the dynamics of a Vibro-Impact mechanical system of two degrees of freedom comprised of two blocks with different masses coupled by a two-stage stiffness (spring). Two nonlinear models are used to represent the studied system: the first uses an ideal excitation in the form of a harmonic force, and the second uses a non-ideal excitation in the form of a unbalanced rotor driven by a direct current electric motor. The dynamics of the system is modeled by considering two different situations: without impact and with impact, according to the relationship between the displacement and the gap in the system. The results of numerical simulations were analyzed with the time histories, phase portraits, bifurcation diagram, Poincaré map and spectra of frequencies. Velocities of the system, the rate of energy transfer, and forces during abrupt transitions in stiffneess (impact type condition) between the masses were observed, determining the ranges of parameters with periodic and chaotic behavior as well as the occurrence of the Sommerfeld effect. From the results it was possible to conclude that the analysed Vibro-Impact mechanism has a larger progress velocity and larger forces in a given excitation frequency where the movement presents itself in the chaotic regime / Mestre

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Bento Rodrigues de Pontes Junior / Resumo: Nos últimos anos, a pesquisa sobre captura de energia, tem aumentado substancialmente. Muitos pesquisadores têm concentrado seus esforços em encontrar a melor configuração para estes sistemas e para otimizar sua potência de saída. No processo de captura de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica, criado por uma fonte de vibração do ambiente através de um transdutor, por exemplo, um fino filme piezocerâmico. Diferentes mecanismos de acoplamento eletromecânico têm sido desenvolvidos para dispositivos de captura, e um interesse particular tem sido dado ao uso de modelos que transformam a vibração mecânica em corrente elétrica utilizando um elemento piezoelétrico. Neste trabalho, foi proposto um modelo de captura de energia de vibrações, incluindo não-linearidades no acoplamento piezoelétrico e uma excitação não-ideal. Demonstrou-se que a potência capturada foi influenciada pelo efeito das não-linearidades do acoplamento piezoelétrico, alterando o comportamento dinâmico do sistema. Com o acoplamento fraco, um comportamento caótico foi encontrado causando instabilidade. Com o aumento do acoplamento ocorreu um aumento da energia capturada até um certo limite onde o aumento da não-linearidade teve um efeito amortecimento sobre as vibrações não-lineares da estrutura causando a perda de energia. Realizando simulações numéricas o comportamento do modelo foi analisado através dos expoentes de Lyapunov, retratos de fase, históricos de deslocamentos no tempo onde um comportamento caótico também foi observado, causando a perda de energia ao longo do tempo de simulação. Usando uma técnica de perturbação, foi encontrada uma solução analítica aproximada para o sistema não-ideal. Então, aplicou-se três técnicas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In recent years, research on energy harvesting, has increased substantially. Many researchers have concentrated their efforts on finding the best configuration for these systems and to optimize its power output. In the process of energy harvesting, electric power is obtained by converting mechanical energy created by a vibration source from the environment through a transducer, for example, a thin film piezoceramic. Different mechanisms of electromechanical coupling devices have been developd to harvesting, and a particular interest has been given to the use of models that tranform the mechanical vibration into electrical current using a piezoelectric element. In this paper we propose a model to energy harvesting from vibrations, including non-linearities in the piezoelectric doupling and a non-ideal excitation. It was demonstrated that the power captured was influenced by the effect of the nonlinearities of the piezoelectric coupling, modifying the dynamic behavior of the system. With a weak coupling, a chaotic behavior was found causing instability. With the increase of the coupling has ocurred an increase in the energy captured until a limit, where the increase of non-linearity has a damping effect on vibrations of the non-linear structure causing the loss of energy. Performing numerical simulations the behavior of the model was analyzed using the Lyapunov exponents, phase portraits, historical displacements in time where a a chaotic behavior was also observed, causing the loss os energy throughout the simulation time. Using a perturbation technique, found an approximate analytical solution for the non-ideal system. Then, we applied three control techniques to maintain the proposed system in a stable condition. Both the method of equations of state-dependent Riccati (SDRE), the method (LQR) and the feedback... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Coorientador: Rodrigo Cardim / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: Márcio Roberto Covacic / Resumo: Foi proposto nesta dissertação um novo método para o rastreamento de sinais constantes (regulação) em sistemas não lineares através de modelos fuzzy Takagi-Sugeno. O método consiste em projetar um único controlador que torna assintoticamente estável um ponto de equilíbrio desejado, que pertence a um determinado intervalo ou região conhecida, sem a necessidade de refazer o projeto dos ganhos do controlador a cada novo ponto de operação escolhido. Neste trabalho também é proposta uma nova metodologia de controle com comutação para algumas classes de sistemas fuzzy Takagi-Sugeno. Tal metodologia projeta os ganhos do controlador baseado na Compensação Distribuída Paralela, porém é utilizado um regulador com comutação que utiliza o ganho que retorna o menor valor da derivada da função de Lyapunov. Esse procedimento evita a necessidade da obtenção das funções de pertinência normalizadas, o que pode facilitar a implementação dos controladores, pois as funções de pertinência normalizadas são, em geral, funções não lineares. Os projetos são baseados em desigualdades matriciais lineares (em inglês Linear Matrix Inequalities (LMIs)) e tem a estabilidade assintótica garantida por funções de Lyapunov. Para verificar a validade dos métodos propostos são apresentados exemplos numéricos e simulações, abordando o sistema bola-viga e levitador magnético, usando o software MATLAB / Abstract: This dissertation proposes a new method based on LMIs for tracking constant signals (regulation) considering nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. The method consists in designing a single controller that stabilizes the systemat an operation point belonging to a certain range or region, without the need of remaking the design of the controller gains at each new chosen operation point. This paper also proposes a new methodology to control switching for some classes of nonlinear systems described by Takagi-Sugeno fuzzy models. This methodology projects the controller gains based on the Parallel Distributed Compensation, however is used a switching regulator that uses the gain that returns the minimum value of the derivative of the Lyapunov function. This procedure can be useful in the implementations of Takagi-Sugeno fuzzy controllers, because it does not use the normalized membership function, that usually are nonlinear functions. The designs are based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) and asymptotic stability is ensured by Lyapunov functions. To verify the validity of the proposed methods are presented numeric examples and simulations, considering the ball-beam and magnetic levitator systems, using the software MATLAB / Mestre

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: Rodrigo Cardin / Banca: Valter Júnior de Souza Leite / Banca: Eduardo Stockler Tognetti / Resumo: Este trabalho apresenta estudos teóricos que investigam os seguintes problemas: estabilidade e controle de sistemas (descritores) não lineares com incertezas variantes no tempo limitadas em norma, incertezas do tipo politópicas e sujeitos a distúrbios exógenos; estabilidade e con- trole de sistemas chaveados lineares e contínuos no tempo. Inicialmente, um estudo sobre o projeto de controladores estáticos robustos para sistemas não lineares, usando a realimenta- ção da derivada do vetor de estado é apresentado. Em decorrência desse estudo, propõe-se métodos de projetos de controle para sistemas (descritores) não lineares que apresentam per- turbações exógenas. Por fim, é apresentado um estudo sobre controle chaveado de sistemas lineares usando a realimentação derivativa. Todo o trabalho é fundamentado em leis de controle por realimentação da derivada temporal do vetor de estado (realimentação derivativa) e na fun- ção quadrática de Lyapunov (comum ou por partes do tipo mínimo). A motivação em utilizar a realimentação derivativa, ou seja u(t) = −K x(t), ̇ em vez da realimentação do vetor de estado x(t) convencional, está na facilidade de implementação em algumas aplicações mecânicas, por exemplo, no controle de vibrações de sistemas mecânicos, nos quais sensores como acelerôme- tros têm sido utilizados para medir a derivada de segunda ordem (aceleração) de uma variável de estado (posição) desse sistema. A metodologia apresenta condições suficientes na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs, acrônimo inglês para Linear Matrix Inequalities) para a síntese dos seguintes controladores: controladores chaveados K σ, visando a estabilização de sistemas lineares utilizando a realimentação derivativa; e controladores robustos estáticos K, visando, inicialmente, a estabilização de sistemas não lineares, e em seguida, adicionam-se ao projeto índices de desempenho, tais como,... / Abstract: This work presents theoretical studies that investigate the following problems: stability and control of nonlinear systems (descriptors) with time-varying and norm bounded uncertainties, polytopic uncertainties and exogenous disturbances; stability and control of continuous-time switched systems. Initially, a study on the design of static robust controllers for nonlinear sys- tems using state-derivative feedback is presented. Based on this study a control design method for nonlinear systems (descriptors) with exogenous disturbances is proposed. Finally, we pre- sent a study about switched linear control systems using state-derivative feedback. The work is based on feedback control laws of the time derivative of the state vector (derivative feedback) and a quadratic Lyapunov function (common or minimum-type piecewise). The motivation to use the state-derivative feedback (u(t) = −K x(t)) ̇ instead of the conventional feedback of the state vector x(t), is its easier implementation in some mechanical applications, for instance, in control of vibrations of mechanical systems, where sensors such as accelerometers have been used to measure the second-order derivative (acceleration) of a state variable (position) of these systems. The methodology presents sufficient conditions described by linear matrix inequa- lities (LMIs) for the synthesis of the following controllers: switched controllers K σ, for the stabilization of linear system using state-derivative feedback; and static robust controllers K, for, initially, the stabilization of nonlinear system, and then, are added to the design perfor- mance indices, such as the specification of the decay rate, constraint on output peak and on norm of the gain matrix and finally the constraint of the influence of exogenous disturbances. The inclusion of performance indices in the designs is very important, since usually only the stability is not sufficient for a suitable performance of the ... / Doutor