Automotive active suspension, advanced seismic testing, and force/torque emulations of space manipulators are examples of applications, where the hydraulic actuator force control is required. In double-rod hydraulic actuators, the actuator force is the differential pressure across the actuator multiplied by the piston effective area. The focus of this work is to control the actuator force of a double-rod hydraulic actuator by controlling the differential pressure across the actuator. The double-rod hydraulic actuator of this study is run by two independent circuits: 1) electro-hydraulic actuation and 2) electro-hydrostatic actuation. In general, developing controllers for hydraulic actuators is challenging due to the presence of parametric uncertainties and uncertain nonlinearities. Also, a specific challenge in force control of hydraulic actuators is the limiting effect of environment dynamics on the maximum achievable tracking bandwidth. Considering the above challenges, in this research for the first time, quantitative feedback theory (QFT) is employed to control the hydraulic actuator force. Using QFT, a robust, linear, fixed-gain, and low-order controller is designed for each actuation system which: (i) keeps the closed-loop response within desired tracking bounds (ii) guarantees the closed-loop stability around desired operating points, (iii) rejects disturbance, and (iv) achieves desired tracking bandwidth. Among the performance criteria, special attention is paid to achieve high tracking bandwidth. Trade-offs between different performance criteria towards achieving high tracking bandwidth, are discussed. Experimental results are presented to validate that the performance criteria are satisfied by the designed QFT controllers. The QFT controllers are synthesized based on the families of frequency responses of the hydraulic actuation systems, which limits the stability results of the closed-loop system, only for these families of the frequency responses. In this thesis, to investigate the nonlinear stability of the closed-loop systems with QFT controllers, for the first time, Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy modeling and its corresponding stability theory are used. The stability conditions are presented in the form of linear matrix inequalities (LMIs). As a result, the nonlinear stability of the designed QFT controllers for both the actuation systems is proven in the presence of parametric uncertainties. / February 2016

O presente trabalho tem como objetivo explorar o uso de técnicas de controle avançados na indústria siderúrgica. Propõe-se uma estratégia de controle do nível do aço da piscina formada entre os rolos de um sistema lingotamento contínuo de tiras (LCT) utilizando a tecnologia twin-roll (rolos duplos). O processo LCT rolos duplos tem por finalidade a produção de tiras solidificadas de espessura constante sob uma força de separação entre os rolos também constante. O nível de aço bem como a força de separação são as variáveis mais críticas para a produção de tiras de aço de alta qualidade. O nível pode ser controlado usando a entrada de aço ou a velocidade de laminação. Entretanto, a velocidade de laminação é usualmente utilizada para regular a força de separação entre os rolos. A estratégia de controle proposta inclui a incorporação de um tundish intermediário submerso na piscina. O controle do nível é então feito a partir da saída de aço do tundish intermediário. Consideramos as técnicas de controle linearizante por realimentação de estado e de controle fuzzy usando ambos os modelos Takagi-Sugeno (T-S) e Mamdani. Resultados de simulação são apresentados para uma planta instalada no Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT) de São Paulo, divisão de metalurgia (DIMET). / The aim of this work is to explore the use of advanced control techniques in the metallurgical industry. A control strategy to regulate the molten steellevel of a strip-casting process is proposed. The process produces a solidified strip of constant thickness given by the roll gap under a constant roll separation force. Along with the molten steel level the rool separation force are the most criticaI process variables. The molten steel level may be controlled using the tundish output flow or the casting speed. However, the casting speed is usually used to control the roll force separation. In the control strategy proposed it is incorporated an intermediary tundish submerse into the pool between the rotating rolls to improve the strip thickness uniformity. The molten steel level is thus controlled by the intermediary tundish output flow. Conventional PI, feedback linearizing plus a fuzzy control term and a fuzzy controller in a cascade configuration are considered. Simulation results are presented considering the real system parameters of a plant installed at the Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT) de São Paulo, Divisão de Metalurgia (DIMET).

O presente trabalho tem como objetivo explorar o uso de técnicas de controle avançados na indústria siderúrgica. Propõe-se uma estratégia de controle do nível do aço da piscina formada entre os rolos de um sistema lingotamento contínuo de tiras (LCT) utilizando a tecnologia twin-roll (rolos duplos). O processo LCT rolos duplos tem por finalidade a produção de tiras solidificadas de espessura constante sob uma força de separação entre os rolos também constante. O nível de aço bem como a força de separação são as variáveis mais críticas para a produção de tiras de aço de alta qualidade. O nível pode ser controlado usando a entrada de aço ou a velocidade de laminação. Entretanto, a velocidade de laminação é usualmente utilizada para regular a força de separação entre os rolos. A estratégia de controle proposta inclui a incorporação de um tundish intermediário submerso na piscina. O controle do nível é então feito a partir da saída de aço do tundish intermediário. Consideramos as técnicas de controle linearizante por realimentação de estado e de controle fuzzy usando ambos os modelos Takagi-Sugeno (T-S) e Mamdani. Resultados de simulação são apresentados para uma planta instalada no Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT) de São Paulo, divisão de metalurgia (DIMET). / The aim of this work is to explore the use of advanced control techniques in the metallurgical industry. A control strategy to regulate the molten steellevel of a strip-casting process is proposed. The process produces a solidified strip of constant thickness given by the roll gap under a constant roll separation force. Along with the molten steel level the rool separation force are the most criticaI process variables. The molten steel level may be controlled using the tundish output flow or the casting speed. However, the casting speed is usually used to control the roll force separation. In the control strategy proposed it is incorporated an intermediary tundish submerse into the pool between the rotating rolls to improve the strip thickness uniformity. The molten steel level is thus controlled by the intermediary tundish output flow. Conventional PI, feedback linearizing plus a fuzzy control term and a fuzzy controller in a cascade configuration are considered. Simulation results are presented considering the real system parameters of a plant installed at the Instituto de Pesquisa Tecnológica (IPT) de São Paulo, Divisão de Metalurgia (DIMET).