Este trabalho analisa e modela a Estrutura a Termo das Taxas de Juros objetivando ao teste da Hipótese das Expectativas(HE) na ponta curta da curva de juros e a uma aplicação da teoria de Markowitz (1952) no mercado de renda fixa utilizando a estrutura proposta por Caldeira, Moura e Santos (2015). Para estes fins foram utilizados dados dos contratos futuros de 1 dia dos depósito interbancários (DI1) negociados na BMF interpolados em maturidades fixas, sendo utilizados em base semanal quando do teste da HE e em base diária para a construção dos portfólios de mínima variância. Os resultados encontrados para o teste da HE sugerem a invalidade da teoria, uma vez que o prêmio de risco é se mostra ajustável a um modelo GARCH-M e, portanto, variante no tempo. Os portfólios de mínima variância ajustados nas versões irrestrita e restrita (duration máxima de 1 ano) se mostraram consistentes, tendo superado quase a totalidade dos fundos analisados. O portfólio de mínima variância irrestrito obteve o maior Índice de Sharpe no período analisado. / This work analyzes and model the Term Structure of Interest Rates seeking testing Expectation Hypothesis in the short end of the Yield Curve and to apply the portfolio theory to the fixed income context using the framework proposed by Caldeira, Moura e Santos (2015). We used a database of constant maturities interbank deposits’s future contracts. The results suggest Expectation Hypothesis doesn’t hold and risk premium could be modeled by a GARCH-M framework, being time variant. The bond portfolio optimized were, in general, consistent with high sharpe ratio relative to other funds and beated the chosen benchmark during the period analyzed.

This portfolio of compositions investigates the adaptation of state-space models, frequently used in engineering control theory, to the electroacoustic composition context. These models are mathematical descriptions of physical systems that provide several variables representing the system’s behaviours. The composer adapts a set of state-space models of either abstract, mechanical or electrical systems to a music creation environment. She uses them in eight compositions: five mixed media multi-channel pieces and three mixed media pieces. In the portfolio, the composer investigates multiple ways of meaningfully mapping these system’s behaviours into music parameters. This is done either by exploring and creating timbre in synthetic sound, or by transforming existing sounds. The research also involves the process of incorporating state-space models as a real-time software tool using Max and SuperCollider. As real-time models offer several variables of continuous evolutions, the composer mapped them to different dimensions of sound simultaneously. The composer represented the model’s evolutions with either short/interrupted, long or indefinitely evolving sounds. The evolution implies changes in timbre, length and dynamic range. The composer creates gestures, textures and spaces based on the model’s behaviours. The composer explores how the model’s nature influences the musical language and the integration of these with other music sources such as recordings or musical instruments. As the models represent physical processes, the composer observes that the resulting sounds evolve in organic ways. Moreover, the composer not only sonifies the real-time models, but actually excites them to cause changes. The composer develops a compositional methodology which involves interacting with the models while observing/designing changes in sound. In that sense, the composer regards real-time state-space models as her own instruments to create music. The models are regarded as additional forces and as sound transforming agents in mixed media pieces. In fixed media pieces, the composer additionally exploits their linearity to create space through sound de-correlation.

Control of the transition of laminar flow to turbulence would result in lower drag and reduced energy consumption in many engineering applications. A spectral state-space model of linearised plane Poiseuille flow with wall transpiration ac¬tuation and wall shear measurements is developed from the Navier-Stokes and continuity equations, and optimal controllers are synthesized and assessed in sim¬ulations of the flow. The polynomial-form collocation model with control by rate of change of wall-normal velocity is shown to be consistent with previous interpo¬lating models with control by wall-normal velocity. Previous methods of applying the Dirichlet and Neumann boundary conditions to Chebyshev series are shown to be not strictly valid. A partly novel method provides the best numerical behaviour after preconditioning. Two test cases representing the earliest stages of the transition are consid¬ered, and linear quadratic regulators (LQR) and estimators (LQE) are synthesized. Finer discretisation is required for convergence of estimators. A novel estimator covariance weighting improves estimator transient convergence. Initial conditions which generate the highest subsequent transient energy are calculated. Non-linear open- and closed-loop simulations, using an independently derived finite-volume Navier-Stokes solver modified to work in terms of perturbations, agree with linear simulations for small perturbations. Although the transpiration considered is zero net mass flow, large amounts of fluid are required locally. At larger perturbations the flow saturates. State feedback controllers continue to stabilise the flow, but estimators may overshoot and occasionally output feedback destabilises the flow. Actuation by simultaneous wall-normal and tangential transpiration is derived. There are indications that control via tangential actuation produces lower highest transient energy, although requiring larger control effort. State feedback controllers are also synthesized which minimise upper bounds on the highest transient energy and control effort. The performance of these controllers is similar to that of the optimal controllers.

A retroalimentação de controladores preditivos que utilizam modelos em espaço de estado pode ser realizada de duas formas: (a) correção por bias, em que as saídas preditas são corrigidas adicionando-se um valor proporcional a discrepância encontrada entre o valor medido atual e sua respectiva predição e por (b) retroalimentação dos estados, onde se determinam as condições iniciais através da estimação dos estados, e a partir de uma melhor condição inicial se realizam as predições futuras usadas no cálculo das ações de controle. Nesta dissertação estas duas abordagens são comparadas utilizando a Planta Laboratorial de Seis Tanques Esféricos. As técnicas de Filtro de Kalman Estendido (EKF) e Filtro de Kalman Estendido com Restrições (CEKF) foram empregadas para estimar os estados não medidos. Inicialmente foram feitos testes off-line destes algoritmos de estimação. Para estes testes são utilizados uma série de dados da planta laboratorial do estudo de caso, na qual são estudadas as influências de diversos fatores de ajuste que determinam a qualidade final de estimação. Estes ajustes serviram de base para a aplicação destes algoritmos em tempo real, quando então, estimadores de estados estão associados ao sistema de controle do processo baseado em um algoritmo de controle preditivo. Após se ter certificado a qualidade das estimações de estado, partiu-se para sua utilização como uma alternativa de retroalimentação de controladores preditivos. Estes resultados foram comparados com os obtidos através da correção simples por bias. Os resultados experimentais apontam para uma marginal piora devido à retroalimentação por estimadores de estados frente à correção por bias, pelo menos para o caso do controlador preditivo linear utilizado na comparação. Entretanto, espera-se que resultados melhores sejam obtidos no caso de modelos preditivos não-lineares, uma vez que nestes casos o modelo é bem mais sensível à qualidade da condição inicial. / The feedback of controllers that use predictive models in state space can be accomplished in two ways: (a) bias correction, where the predicted outputs are corrected by adding a value proportional to the discrepancy found between the current measurement and its respective prediction; and by (b) state feedback, which establishes the initial conditions through the states estimation, and from a better initial condition are carried out the future predictions used in the calculation of control. In this thesis these two approaches are compared using a Laboratorial Plant of Six Spherical Tanks. The techniques of Extended Kalman Filter (EKF) and Constraint Extended Kalman Filter (CEKF) were used to estimate the unmeasured states. Initially, tests were carried out off-line for theses estimation algorithms. For such testing are used a dataset of the plant in case study, in which are studied the influences of several adjustment factors that they determine the final quality of estimation. These adjustments were used of base for the application of these algorithms in real time, when then state estimators are associated with the system of process control based on a predictive control algorithm. After having ascertained the quality of the state estimates, begins its use as an alternative for feedback of predictive controllers. These results were compared with those obtained by the simple correction of bias. The experimental results show a marginal worsening due to feedback from state estimated compared with bias correction, at least for the case of linear predictive controller used in the comparison. However, one expects that better results will be obtained in the case of non-linear predictive models, since in these cases the model is much more sensitive to the quality of the initial condition.

Submitted by Morgana Silva (morgana_linhares@yahoo.com.br) on 2016-07-27T17:34:49Z No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3128757 bytes, checksum: 134acd3484b6279cdfe685eaa97006e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-27T17:34:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3128757 bytes, checksum: 134acd3484b6279cdfe685eaa97006e0 (MD5) Previous issue date: 2015-07-30 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / This paper proposes an alternative control strategy for feedback state space of a CC-CC converter, applied for regulation of photovoltaic (PV) systems. The control technique depends on state space equations of the photovoltaic generator connected to the inverter. The controller gains are projected through the construction of a characteristic polynomial, which considers the terms of controllability and uses the formulation of Ackermann. The proposed method is initially tested by computer simulation using Matlab/Simulink environment. We present experimental results using the photovoltaic panel with the push-pull that prove the satisfactory performance of the proposed control. / Este trabalho propõe uma estratégia alternativa de controle por realimentação de espaço de estados de um conversor CC-CC, aplicado para fins de regulação de sistemas fotovoltaicos (PV). A técnica de controle depende de equações de espaço de estados do gerador fotovoltaico ligado ao conversor. Os ganhos do controlador são projetados por meio da construção de um polinômio característico, que considera as condições de controlabilidade e utiliza a formulação de Ackermann. O método proposto é inicialmente testado por simulação computacional, utilizando o ambiente Matlab/Simulink. São apresentados resultados experimentais utilizando o painel fotovoltaico junto com o push-pull que comprovam o desempenho satisfatório do controle proposto.

Este trabalho analisa e modela a Estrutura a Termo das Taxas de Juros objetivando ao teste da Hipótese das Expectativas(HE) na ponta curta da curva de juros e a uma aplicação da teoria de Markowitz (1952) no mercado de renda fixa utilizando a estrutura proposta por Caldeira, Moura e Santos (2015). Para estes fins foram utilizados dados dos contratos futuros de 1 dia dos depósito interbancários (DI1) negociados na BMF interpolados em maturidades fixas, sendo utilizados em base semanal quando do teste da HE e em base diária para a construção dos portfólios de mínima variância. Os resultados encontrados para o teste da HE sugerem a invalidade da teoria, uma vez que o prêmio de risco é se mostra ajustável a um modelo GARCH-M e, portanto, variante no tempo. Os portfólios de mínima variância ajustados nas versões irrestrita e restrita (duration máxima de 1 ano) se mostraram consistentes, tendo superado quase a totalidade dos fundos analisados. O portfólio de mínima variância irrestrito obteve o maior Índice de Sharpe no período analisado. / This work analyzes and model the Term Structure of Interest Rates seeking testing Expectation Hypothesis in the short end of the Yield Curve and to apply the portfolio theory to the fixed income context using the framework proposed by Caldeira, Moura e Santos (2015). We used a database of constant maturities interbank deposits’s future contracts. The results suggest Expectation Hypothesis doesn’t hold and risk premium could be modeled by a GARCH-M framework, being time variant. The bond portfolio optimized were, in general, consistent with high sharpe ratio relative to other funds and beated the chosen benchmark during the period analyzed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Neste trabalho à apresentado o estudo, modelagem e projeto de uma nova topologia de conversor CC-CC, o Conversor Buck QuadrÃtico CC-CC nÃo isolado (QBC). Inicialmente, foi realizada a anÃlise qualitativa e quantitativa da topologia proposta para operaÃÃo em modo de conduÃÃo contÃnua (MCC), verificando-se as etapas de operaÃÃo e obtendo-se as relaÃÃes de tensÃo e corrente para dimensionar os componentes de projeto do conversor, tambÃm foi realizada a modelagem do sistema atravÃs da representaÃÃo no espaÃo de estados. Em seguida, a fim de validar a topologia proposta, utilizou-se simulaÃÃo via PSpice. ApÃs essa etapa, iniciou-se a construÃÃo de um protÃtipo com 500 W de potÃncia total de saÃda, operando em 20 kHz. Os resultados experimentais obtidos confirmam que a topologia proposta pode ser utilizada em atividades prÃticas, como por exemplo, para o carregamento de baterias. / In this paper is presented the study, modeling and design of a new DC-DC converter topology, the Converter Quadratic Buck DC-DC non-isolated (QBC). Initially, was made the qualitative and quantitative analysis of the proposed topology of continuous conduction mode operation (MCC), the steps of operation and thus the relationship of voltage and current to size the components converter project, was also held the system modeling through representation on the State space. Then, in order to validate the proposed topology, was used simulation via PSpice. After this step, began the construction of a prototype with 500 W total power output, operating at 20 kHz. The experimental results obtained confirm that the proposed topology can be used in practical activities, for example, for battery charging.

A retroalimentação de controladores preditivos que utilizam modelos em espaço de estado pode ser realizada de duas formas: (a) correção por bias, em que as saídas preditas são corrigidas adicionando-se um valor proporcional a discrepância encontrada entre o valor medido atual e sua respectiva predição e por (b) retroalimentação dos estados, onde se determinam as condições iniciais através da estimação dos estados, e a partir de uma melhor condição inicial se realizam as predições futuras usadas no cálculo das ações de controle. Nesta dissertação estas duas abordagens são comparadas utilizando a Planta Laboratorial de Seis Tanques Esféricos. As técnicas de Filtro de Kalman Estendido (EKF) e Filtro de Kalman Estendido com Restrições (CEKF) foram empregadas para estimar os estados não medidos. Inicialmente foram feitos testes off-line destes algoritmos de estimação. Para estes testes são utilizados uma série de dados da planta laboratorial do estudo de caso, na qual são estudadas as influências de diversos fatores de ajuste que determinam a qualidade final de estimação. Estes ajustes serviram de base para a aplicação destes algoritmos em tempo real, quando então, estimadores de estados estão associados ao sistema de controle do processo baseado em um algoritmo de controle preditivo. Após se ter certificado a qualidade das estimações de estado, partiu-se para sua utilização como uma alternativa de retroalimentação de controladores preditivos. Estes resultados foram comparados com os obtidos através da correção simples por bias. Os resultados experimentais apontam para uma marginal piora devido à retroalimentação por estimadores de estados frente à correção por bias, pelo menos para o caso do controlador preditivo linear utilizado na comparação. Entretanto, espera-se que resultados melhores sejam obtidos no caso de modelos preditivos não-lineares, uma vez que nestes casos o modelo é bem mais sensível à qualidade da condição inicial. / The feedback of controllers that use predictive models in state space can be accomplished in two ways: (a) bias correction, where the predicted outputs are corrected by adding a value proportional to the discrepancy found between the current measurement and its respective prediction; and by (b) state feedback, which establishes the initial conditions through the states estimation, and from a better initial condition are carried out the future predictions used in the calculation of control. In this thesis these two approaches are compared using a Laboratorial Plant of Six Spherical Tanks. The techniques of Extended Kalman Filter (EKF) and Constraint Extended Kalman Filter (CEKF) were used to estimate the unmeasured states. Initially, tests were carried out off-line for theses estimation algorithms. For such testing are used a dataset of the plant in case study, in which are studied the influences of several adjustment factors that they determine the final quality of estimation. These adjustments were used of base for the application of these algorithms in real time, when then state estimators are associated with the system of process control based on a predictive control algorithm. After having ascertained the quality of the state estimates, begins its use as an alternative for feedback of predictive controllers. These results were compared with those obtained by the simple correction of bias. The experimental results show a marginal worsening due to feedback from state estimated compared with bias correction, at least for the case of linear predictive controller used in the comparison. However, one expects that better results will be obtained in the case of non-linear predictive models, since in these cases the model is much more sensitive to the quality of the initial condition.

Orientador: Marconi Kolm Madrid / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T23:54:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nicolato_Fabricio_D.pdf: 1516280 bytes, checksum: 96229803f3bca54f669d4dcc22108c02 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta tese trata o problema da resolução do modelo cinemático inverso para manipuladores industriais redundantes ou não. O problema foi abordado por um método de busca heurística no qual a solução da cinemática inversa é construída passo a passo calculando-se a contribuição do movimento de apenas uma junta a cada iteração. Dessa forma, o problema n-dimensional é transformado em problemas unidimensionais mais simples, cuja solução analítica tanto para juntas rotacionais quanto para juntas prismáticas é apresentada em termos da representação de Denavit-Hartenberg. O método proposto não possui singularidades internas. Além disso, o método foi expandido para incorporar informações de sensores externos visando fazer com que o processo seja mais robusto a incertezas nas modelagens envolvidas. Foram realizadas diversas simulações e comparações com técnicas tradicionais que evidenciaram as vantagens da abordagem proposta. O trabalho também englobou o projeto e a construção de um ambiente experimental e a implementação das técnicas desenvolvidas na parte teórica. Desenvolveu-se um sistema com um robô planar redundante de 3 DOF, assim como seus sistemas de controle, acionamento e interfaceamento usando técnicas de sistemas hardware-inthe-loop e lógica programável. As técnicas desenvolvidas foram aplicadas no ambiente experimental demonstrando características como: facilidade de lidar com redundâncias, capacidade de resolução em tempo real, robustez a incertezas de parâmetros etc / Abstract: This thesis deals with the problem of solving the inverse kinematics model of redundant and nonredundant industrial manipulators. The work was developed in a theoretical and a practical part. The problem was approached by an heuristic search method in which the solution of the inverse kinematics is built step by step calculating the movement contribution of just a single joint for each iteration. In that way, the n-dimensional problem is transformed in simpler one-dimensional problems, whose analytic solution for both rotational joints and prismatic joints is presented in terms of the Denavit and Hartenberg representation. The proposed method does not possess internal singularities. Furthermore, the method was expanded to incorporate information of external sensor in order to make the process more robust to uncertainties in the involved modelings. Several results of simulations and comparisons with traditional techniques, which evidence the advantages of the proposed approach, are presented. The work also included the construction of an experimental environment and the implementation of the techniques developed in the theoretical part. The details of a system with a 3-DOF redundant robot as well as its control system, drivers and interfaces using hardware-in-theloop techniques and programmable logic are presented. The developed techniques were applied in the experimental environment are demonstrating their efficiency and evidencing characteristics like: easiness of dealing with redundancies, real time capacity, robustness for parameters uncertainties etc / Doutorado / Automação

[pt] Esta dissertação tem como objetivo principal a apresentação, discussão e implementação de um modelo de espaço de estado, derivado do modelo desenvolvido por De Jong & Zenhwirth, no cenário de estimação de reservas IBNR. O modelo visa obter uma distribuição para as reservas e seu desvio padrão, que permite obter um intervalo de confiança para a estimativa. Também são propostas extensões para o modelo. / [en] The main purpose of this master thesis is the presentation, discussion and implementation of a state space model, derived from the De Jong & Zehnwirth model, on the IBNR Reserve estimation scenario. The model tries to obtain a distribution for the reserves and its standard deviation as well, allowing the cofidence interval estimation. Extensions for the model are also discussed.