Esta tese apresenta contribuições para a teoria de controle robusto de sistemas lineares a tempo continuo sujeitos a variações abruptas em sua estrutura, modeladas através de um processo de Markov com espaço de estados discreto e, possivelmente, infinito contável. Esta classe é denominada sistemas lineares com saltos Markovianos na literatura especializada. Os principais resultados do trabalho se fundamentam em um estudo do raio de estabilidade dessa classe de sistemas, que inclui sua introdução para o caso de dimensão infinita, além da caracterização espectral de um limitante para o raio de estabilidade real. Adicionalmente, é feito um estudo detalhado do caso de sistemas escalares, e uma margem de robustez com respeito a perturbações na matriz de taxas de transição do processo de saltos é proposta. Outra contribuição introduzida na tese é a proposição de uma abordagem alternativa para o controle robusto, baseada em um operador adjunto, que parece nao ter antecedentes na literatura de sistemas lineares com saltos Markovianos. Através desse resultado prova-se que a abordagem usual para o controle robusto de sistemas lineares com saltos Markovianos, baseada no teorema do ganho pequeno e em análise H1, pode ser arbitrariamente conservadora em algumas situacoes. Também são tratados problemas variados envolvendo o controle H2 robusto e H2=H1, e a robustez de sistemas lineares com saltos Markovianos sujeitos a múltiplas perturbações. Alguns exemplos práticos, incluindo o controle de um manipulador robótico sub-atuado, o acoplamento de osciladores lineares, e o controle de um modelo macroeconômico, são tratados através dos algoritmos apresentados na tese. Os métodos computacionais aqui desenvolvidos se baseiam em programação convexa, com eficiência polinomial.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:27:14Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-21Bitstream added on 2014-06-13T20:35:24Z : No. of bitstreams: 1 fernandesjunior_ja_me_ilha.pdf: 4603291 bytes, checksum: 36699db66d480afb9c0cd31e5f7b4427 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os métodos de diagnose de falhas buscam evitar que estas ocorram sem predição, de modo que medidas preventivas possam ser tomadas para garantir a integridade física dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo em que o sistema monitorado está inserido. Os eixos rotativos são elementos passíveis de fenômenos prejudiciais causados pela própria condição de movimento, que são refletidas na ciclagem das tensões atuantes em seu material. Este trabalho propõe a detecção em tempo real de trincas em eixos rotativos, pelo monitoramento do sistema em operação, usando a metodologia dos observadores de estados. Inicialmente, o projeto de observadores de estado via Regulador Linear Quadrático e Filtro de Kalman é introduzido. Em seguida, os observadores de estados com entradas desconhecidas são apresentados. Os modelos numéricos são obtidos por discretização através do Método dos Elementos Finitos e pelo ajuste da resposta em freqüência. A validação numérica do método proposto é feita pela identificação de alterações de parâmetros de rigidez de um sistema massa-mola-amortecedor e de trincas simuladas em um eixo rotativo numérico através de um modelo de falha empírico. A validação experimental da técnica proposta é obtida pela identificação de um entalhe transversal causado no eixo de um sistema rotativo experimental / The faults diagnosis methods seeks to avoid them not to occur without prediction, so that preventive tasks can be taken to ensure the physical integrity of equipments and people involved in the process where the monitored system is inserted. The rotating shafts are elements capable of harmful phenomena caused by its own movement condition, which are reflected on the cycling of the acting stresses on its material. This work proposes the real-time structural crack detection in rotating shafts, by the monitoring of the system in operation, using the methodology of the state observers. Initially, the project of state observers via Linear Quadratic Regulator and Kalman Filter are introduced. Then, the unknown input state observers are presented. The numerical models are obtained by discretization through the Finite Elements Method and the frequency response fitting. The numerical validation of the proposed method if verified by the identification of stiffness parameters change of a mass-spring-damper system and flaws simulated in a numerical rotating shaft using an empirical model of failure. The experimental validation is obtained by the identification of a transversal dent caused in the shaft of an experimental rotating system

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Coorientador: Rodrigo Cardim / Banca: Edvaldo Assunção / Banca: José Paulo Fernandes Garcia / Banca: Roberto Kawakami Harrop Galvão / Banca: Takashi Yoneyama / Resumo: Neste trabalho são apresentados estudos teóricos que investigam os seguintes problemas: estabilidade e controle de sistemas chaveados lineares e afins contínuos no tempo. Primeiramente, um breve estudo sobre sistemas lineares chaveados é apresentado, e em decorrência desse estudo propõe-se o projeto de controle com acesso somente à saída da planta. Neste contexto, uma nova lei de chaveamento dependente apenas da saída do sistema linear chaveado, que assegura a estabilidade assintótica do sistema linear chaveado, é proposta. O mesmo método de projeto foi proposto para a classe de sistemas lineares chaveados incertos contínuos no tempo. Novas condições menos conservadoras foram obtidas a fim de relaxar um custo garantido e o conservadorismo do projeto. Índices de desempenho tais como, taxa de decaimento e minimização de um custo garantido são considerados a fim de tornar o procedimento de projeto mais geral. Simulações foram realizadas ilustrando o desempenho dos sistemas lineares chaveados controlados, demonstrando que o método proposto apresenta uma solução eficiente para este problema de controle. Posteriormente, apresenta-se uma extensão dos estudos teóricos para a classe de sistemas chaveados afins contínuos no tempo. Uma revisão de resultados precedentes disponíveis na literatura sobre estabilidade de sistemas chaveados afins com aplicações em eletrônica de potência, é apresentada. Em decorrência desse estudo são propostas novas técnicas de projeto de controle, tais como: controle chaveado com acesso apenas à saída da planta, controle utilizando estrutura variável e controle adaptativo. Um outro assunto abordado neste trabalho foi a proposta de novas condições suficientes, baseadas em LMIs, e o projeto de estratégias de controle a tempo fixo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This paper presents theoretical studies that investigate the following problems related to continuous - time plants: stability and control of switched linear and affine systems. First, a brief study about switched linear systems is presented, and based on this study a control design dependent only on the plant output is proposed. In this context, a new switching strategy, which ensures the asymptotic stability of the switched linear system, is proposed. The same design method was proposed for a class of uncertain switched linear systems. New less conservative conditions were proposed in order to reduce a guaranteed cost and the conservatism of the design condition. Performance indices such as decay rate and guaranteed cost are considered, allowing a more general design procedure. Simulations were performed illustrating the performance of the controlled switched linear systems, demonstrating that the proposed method provides an efficient solution for this control problem. Subsequently, an extension of the theoretical study for a class of continuous time switched affine systems is presented. Then, a review of previous results available in the literature about stability of the switched systems with applications to power electronics is offered. Following, new control design techniques, such as switched control with only acess on output plant, variable structure control and adaptive control, are proposed. Another issue addressed in this work is the proposal of new sufficient conditions, based on LMIs, and the design of new switching strategies with fixed time, that ensure uniform ultimate bounded stability (CORLESS; LEITMANN, 1981) for a class of switched affine system. The proposed methods were applied to control four DC-DC converters, Buck, Boost, Buck-Boost and Sepic in order to compare and to validate the controller designs. The techniques... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Geraldo Nunes Silva / Banca: Valeriano Antunes de Oliveira / Banca: Antônio Carlos Gardel Leitão / Banca: Laécio Carvalho de Barros / Banca: Márcia Cristina A. B. Federson / Resumo: Consideramos nesta tese inclusões dinâmicas vetoriais em escalas de tempo e estendemos para esta classe o resultado de compacidade das trajetórias que, p or sua vez, foi combinado com soluções de Euler, tamb ém intro duzidas nesta tese, para garantir a existência de trajetória qua ndo o camp o vetorial da inclusão dinâmica é semicontínuo sup erior. Porém, quando o camp o vetorial da inclusão dinâmica é semicontínuo inferior, é possível obter uma solução da inclusão dinâmica por meio de uma equação dinâmica cujo campo vetorial é contí nuo. Este campo é um a seleção da multifunção que de ne o camp o vetorial. Consideramos também um problema de controle ó ti mo e mostramos que este possui tra jetória admissível ótima sempre que o conjunto de soluções admissíveis é não-vazio e o campo satisfaz as condições de mensurabilidade, convexidade, compacidade e crescimento linear. Além disso, estendemos o Lema de Filippov para a classe de inclusões dinâmicas para mostrar que é possível fazer uma equivalência total do problema de controle no paradigma de inclusão dinâmica com o problema de controle padrão / Abstract: We consider in this t hes is vectors dynamic inclusions on time scales and extended for this class the result of compactness of the trajectories which, in turn, was combined with Euler solutions, also introduced i n this thesis, t o ensure t he existence of trajectory when the vector eld of t he dynamic inclusi on is upper semicontinuous. However, when the vector eld of the dynamic inclusion is lower semicontinuous, it is possible to obtain a solution of the dynamic inclusion through a dynamic equation whose vector eld is continuous. This eld is a selection of the multifunction de ning the vector eld. We also consider an optimal control problem and we showed that it has an optimal admissible trajectory whenever the admissible solutions set is nonempty and the eld sati s es measurability conditions, conve-xity, compactness and linear growth. Furthermore, we extend the Filippov's Lemma for the class of dynamic inclusions to show that it is possible to do a ful l equivalence of the control problem in the paradigm of dynamic inclusion with the standard control problem / Doutor

Orientador: Gilberto Pechoto de Melo / Coorientador: Gustavo Luiz Chagas Manhães de Abreu / Banca: Luiz de Paula do Nascimento / Banca: Kátia Luchese Cavalca Dedini / Resumo: Os métodos de diagnose de falhas buscam evitar que estas ocorram sem predição, de modo que medidas preventivas possam ser tomadas para garantir a integridade física dos equipamentos e pessoas envolvidas no processo em que o sistema monitorado está inserido. Os eixos rotativos são elementos passíveis de fenômenos prejudiciais causados pela própria condição de movimento, que são refletidas na ciclagem das tensões atuantes em seu material. Este trabalho propõe a detecção em tempo real de trincas em eixos rotativos, pelo monitoramento do sistema em operação, usando a metodologia dos observadores de estados. Inicialmente, o projeto de observadores de estado via Regulador Linear Quadrático e Filtro de Kalman é introduzido. Em seguida, os observadores de estados com entradas desconhecidas são apresentados. Os modelos numéricos são obtidos por discretização através do Método dos Elementos Finitos e pelo ajuste da resposta em freqüência. A validação numérica do método proposto é feita pela identificação de alterações de parâmetros de rigidez de um sistema massa-mola-amortecedor e de trincas simuladas em um eixo rotativo numérico através de um modelo de falha empírico. A validação experimental da técnica proposta é obtida pela identificação de um entalhe transversal causado no eixo de um sistema rotativo experimental / Abstract: The faults diagnosis methods seeks to avoid them not to occur without prediction, so that preventive tasks can be taken to ensure the physical integrity of equipments and people involved in the process where the monitored system is inserted. The rotating shafts are elements capable of harmful phenomena caused by its own movement condition, which are reflected on the cycling of the acting stresses on its material. This work proposes the real-time structural crack detection in rotating shafts, by the monitoring of the system in operation, using the methodology of the state observers. Initially, the project of state observers via Linear Quadratic Regulator and Kalman Filter are introduced. Then, the unknown input state observers are presented. The numerical models are obtained by discretization through the Finite Elements Method and the frequency response fitting. The numerical validation of the proposed method if verified by the identification of stiffness parameters change of a mass-spring-damper system and flaws simulated in a numerical rotating shaft using an empirical model of failure. The experimental validation is obtained by the identification of a transversal dent caused in the shaft of an experimental rotating system / Mestre

Orientador: Waldemar Donizete Bastos / Banca: Carlos Alberto Raposo da Cunha / Banca: Adalberto Spezamiglio / Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar uma ferramenta no estudo da teoria de controle das equações diferenciais parciais, o método HUM (Hilbert Uniqueness Method), introduzido por J. L. em meados dos anos 80, ver [7] e [8]. / Abstract: The aim of this work is to present an important tool in the study of the control theory for partial differential equations, cf. HUM method (Hilbert Uniqueness Method), introduced by J. L. Lions around the 80's, see [7] e [8]. / Mestre

Orientador: Geraldo Nunes Silva / Banca: Maria Soledad Aronna / Banca: Peter Robert Wolenski / Banca: Valeriano Antunes de Oliveira / Banca: Waldemar Donizete Bastos / Resumo: Consideramos dois tipos de problemas de controle ótimo: a) Problemas de controle impulsivo e b) problemas de controle ótimo sobre domínios estratificados. Organizamos o trabalho em duas partes distintas. A primeira parte é dedicada ao estudo de um problema de controle impulsivo onde a técnica de reparametrização usual do problema impulsivo é usada para obter um problema regular. Então nós damos resultados de aproximações consistentes via discretização de Euler em que uma sequência de problemas aproximados é obtida com a propriedade que se existe uma subsequência de processos que são ótimos para o correspondente problema discreto que converge para algum processo limite, então o último é ótimo para o problema reparametrizado original. A partir da solução ótima reparametrizada somos capazes de fornecer a solução do problema impulsivo original. A segunda parte considera o problema de tempo mínimo definido sobre domínios estratificados. Definimos o problema e estabelecemos desigualdades de Hamilton Jacobi. Então, damos alguma motivações via Lei de Snell e o problema do Elvis e finalmente fornecemos condições de otimalidade necessárias e suficientes / Abstract: We consider two types of optimal control problems: a) Impulsive control problems and b) optimal control problems in stratified domains. So we organize this work in two distinct parts. The first part is dedicated to the study of an impulsive optimal control problem where the usual reparametrization technique of the impulsive problem is used to obtain a regular problem. Then we provide consistent approximation results via Euler discretization in which a sequence of related approximated problems is obtained with the property that if there is a subsequence of processes which are optimal for the corresponding discrete problems which converge to some limit process, then the latter is optimal to the original reparametrized problem. From the reparametrized optimal solution we are able to provide the solution to the original impulsive problem. The second part is regarding the minimal time problem de ned on stratified domains. We sate the problem and establish Hamilton-Jacobi inequalities. Then we give some motivation via Snell's law and the Elvis problem and finally we provide necessary and suficient conditions of optimality / Doutor

Orientador: Jose Luiz Boldrini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-10T14:04:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Araujo_AndersonLuisAlbuquerquede_M.pdf: 835300 bytes, checksum: 26817c8db069e82f056a44e0e6ebd1d5 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Neste trabalho, consideramos um problema de controle ótimo governado por uma equação diferencial parcial parabólica, que modela o crescimento e a difusão de uma população de mosquitos em uma certa região do plano. Para este modelo relativamente simples, mostramos a existência de uma trajetória ótima a ser seguida por uma unidade volante de pulverização de inseticida, no sentido de minimizar um certo funcional que leva em conta a população total de mosquitos bem como os custos da operação. Caracterizamos também tais trajetórias (controles) ótimas pela derivação de suas respectivas condições de otimalidade de primeira ordem. Para isso, usamos o formalismo de Dubovitskii e Milyutin, o qual está baseado na separação de certos cones associados ao funcional a ser minimizado e ás restrições do problema, incluindo a equação. Também analisamos o problema do ponto de vista do método de penalização / Abstract: In this work, we consider an optimal control problem governed by a parabolic partial differential equation, which models the growth and diffusion of a mosquito population in a certain region of the Euclidean plane. For this relatively simple model, we show the existence of an optimal trajectory to be followed by a insecticide spraying device, in the sense of minimizing a certain functional that takes in consideration both the the total mosquito population and the operational costs. We also characterize such optimal trajectories (controls) by deriving their respective first order optimal conditions. For this, we use the Dubovitskii and Milyutin formalism, which is based on the separation of certain cones associated to the functional to be minimized, and to the restrictions of the problem, including the equation. We also analyze the problem from the point of view of the penalization method / Mestrado / Analise Matematica / Mestre em Matemática

Orientador: Jose Claudio Geromel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:12:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Korogui_RubensHideo_M.pdf: 409144 bytes, checksum: 7291201982a90c16c32c29016cf26e33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Esta dissertação é dedicada ao estudo de métodos de análise e síntese de controladores para sistemas poli tópicos, tendo como ferramentas principais as desigualdades matriciais lineares (LMls) e o emprego de variáveis adicionais, chamadas multiplicadores ou matrizes de escalamento. Desenvolvemos os conceitos relacionados à análise de sistemas dinâmicos empregando multiplicadores, com os quais obtemos condições suficientes de estabilidade e desempenho robustos. Associado a essa perspectiva, introduzimos funções de Lyapunov dependentes de parâmetros para tratar de sistemas politópicos. De posse dos resultados de análise, propomos condições para o projeto de controladores por realimentação de estado, através de uma parametrização convexa. O texto é ilustrado com exemplos e tabelas / Abstract: This thesis is devoted to analysis and controllers design for polytopic systems in the Linear Matrix Inequalities (LMls) and Multipliers framework. We develop concepts related to the analysis of dynamic systems stability in terms of multipliers, so we are able to provide sufficient conditions for robust stability and performance. Moreover, we introduce parameter dependent Lyapunov functions in order to deal with polytopic systems. Based on the analysis results, we propose conditions for state feedback design using a convex parametrization. Throughout the text several examples and tables illustrate the development / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Jose Claudio Geromel / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:10:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goncalves_AlimPedrodeCastro_M.pdf: 293253 bytes, checksum: 4365f5ae19ae33e8d97053c2c57ad15d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Este trabalho aborda alguns dos aspectos mais relevantes relacionados à estabilidade e norma H2 de sistemas lineares discretos sujeitos a saltos markovianos, bem como as estratégias para a síntese de controle por realimentação de estado. A maior contribuição apresentada é um método para calcular os ganhos de realimentação de estado sem a necessidade de observar, em cada instante, todos os estados da cadeia de Markov / Abstract: This work discusses some of the most relevant aspects of stability and H2 norm of discrete-time markov jump linear systems, as well as a method for state feedback contraI design. Our major contribution is on the definition of a procedure to determine the state feedback gains without the complete knowledge, at each instant of time, of the Markov chain state / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica