One dimensional, linear, plane-wave modelling of silencer systems in the frequency domain provides an efficient means to analyse their acoustic performance. Software packages are available to analyse silencers within these modelling parameters; however, they are heavily restricted. The thesis develops an algorithm that increases the computational efficiency of the silencer analysis. The thesis concentrates on how data, within a software package, is stored, retrieved and analysed. The computational efficiency is increased as a result of the predictable patterns caused by the repetitive nature of exhaust system analysis. The work uses the knowledge gained from the construction of two previous algorithms of similar parameters; it isolates and maximises their advantages whilst minimising their associated disadvantages. The new algorithm is dependent on identifying consecutively sequenced exhaust components and sub-systems of such components within the whole exhaust system. The algorithm is further generalised to include multiple time-variant sources, multiple radiation points and exhaust systems that have a balance pipe. Another feature of the improved algorithm encompasses the option of modelling secondary noise sources such as might arise from flow generated noise or be included for active noise cancellation systems. The validation of these algorithmic techniques is demonstrated by comparison of the theoretical noise predictions with experimental or known results. These predictions are achieved by writing computational code using object orientated programming techniques in the language of c++ to implement the algorithms.

O escopo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para identificar os modelos de canais da matriz dinâmica que estejam degradando o desempenho de controladores preditivos, ou MPC (Model Predictive Control), baseado nas técnicas de auditoria e diagnóstico deste tipo de controlador propostas por BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) e CLARO (2016). A metodologia desenvolvida contempla dois métodos distintos. O primeiro, chamado método direto compensado, tem como base o método direto de identificação em malha fechada (LJUNG, 1987)e compensa cada saída medida do processo de modo a se reter apenas a contribuição do canal que se deseja identificar. O segundo, chamado método do erro nominal, utiliza a definição de saída nominal do processo, proposta por BOTELHO et al. (2015), como métrica para se quantificar o quão próximo o modelo está do comportamento da planta através da minimização do erro nominal. Os métodos foram aplicados ao sistema de quatro tanques cilíndricos (JOHANSSON, 2000) para dois cenários distintos, sendo o primeiro um sistema 2x2 em fase não mínima contendo um MPC trabalhando com setpoint e o segundo um sistema 4x4 em fase mínima com o MPC atuando por faixas. Para o sistema 2x2, se avaliou a influência da localização do canal discrepante (dentro ou fora da diagonal principal da matriz dinâmica de transferência) na eficácia dos métodos. Para o sistema 4x4, o estudo foi voltado para a eficácia dos métodos frentes a controladores que atuam dentro de limites para as variáveis. Os modelos identificados foram comparados pela capacidade de identificar um modelo que capturasse o zero de transmissão da planta e o RGA dinâmico, par ao sistema 2x2, e pelas respostas degrau e diagrama de Bode para o sistema 4x4. O método direto compensado resultou em baixo erro relativo no valor do zero para a discrepância na diagonal principal da matriz dinâmica e alto valor quando a discrepância se encontrava fora da diagonal principal. O método do erro nominal, por sua vez, foi capaz de identificar um modelo cujo zero de transmissão possuía baixo erro relativo frente ao zero da planta em ambos os cenários. No cenário do controlador atuando por faixas, os métodos propostos obtiveram melhores estimativas dos modelos quando comparados com o método concorrente, uma vez que apresentou alto percentual de aderência das saídas simuladas com as saídas medidas. Em todos os cenários estudados, o método do erro nominal se mostrou capaz de identificar um modelo mais robusto, pois este apresentou RGA dinâmico compatível com a planta em todo o range de frequências analisado. / The objective of this dissertation is to develop a method to identify the model for the channel of the dynamic matrix that are affecting the performance of model predictive controllers (MPC), based on the assessment and diagnosis techniques for this type of controller proposed by BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) and CLARO (2016). The proposed methodology includes two different methods. The first, called the compensated direct method, is based on the closed-loop direct identification method (LJUNG, 1987) and compensates each process measured output in order to retain only the contribution of the channel being identified. The second, called nominal error method, uses the definition of the process nominal output, proposed by BOTELHO et al. (2015), as a metric to quantify how close the model is to the actual plant behavior by minimizing the nominal error. The proposed methods were applied to the quadruple-tank system (JOHANSSON, 2000) for two distinct scenarios, the first being a nonminimum-phase 2x2 system containing a MPC working with setpoint and the second a minimum-phase 4x4 system with the MPC working by ranges. For the 2x2 system, the influence of the model mismatch location (inside or outside the main diagonal of the dynamic transfer matrix) on the effectiveness of the methods was evaluated. For the 4x4 system, the study was focused on the effectiveness of the methods with controllers that operate within limits for the variables. The identified models were compared by the capability of identifying a model with accurate plant transmission zero and dynamic RGA, for the 2x2 system, and by the step responses and Bode diagram for the 4x4 system. The compensated direct method resulted in low relative error in the value of the transmission zero for the model mismatch located in the main diagonal of the dynamic matrix and high relative error when the mismatch was outside the main diagonal. On the other hand, the nominal error method was able to identify a model whose transmission zero had low relative error against the plant zero in both scenarios. In the scenario of a controller working by range, the proposed methods obtained better estimates of the models when compared to the concurrent method, since it presented a high percentage of adherence of the simulated outputs with the measured outputs. In all the studied scenarios, the nominal error method was able to identify a more robust model, since it presented dynamic RGA compatible with the plant in the entire range of analyzed frequencies.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-04-18Bitstream added on 2014-06-13T20:20:42Z : No. of bitstreams: 1 romano_mc_me_bauru.pdf: 1627459 bytes, checksum: 18d280916e43c7dadfd84a8bfbb6e9f0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os cristais fotônicos são novos materiais em que a permissividade dielétrica e a permeabilidade magnética apresentam a periodicidade de uma rede de Bravais. No caso dos sólidos cristalinos, é a energia potencial de cada elétron que apresenta esse tipo de periodicidade. Por conta das semelhanças que existem entre as equações que descrevem os sintomas eletrônicos e fotônicos, muitos dos conceitos e métodos da teoria de estados eletrônicos vêm sendo aplicados na investigação de cristais fotônicos. Dentre esses conceitos, as funções de Wannier apresentam vantagens para o tratamento de estados eletrônicos e modos fotônicos localizados. Este trabalho aborda o caso de cristais fotônicos unidimensionais com simetria de inversão. Primeiramente são calculados e analisadas funções de Wannier bem localizadas. Em seguida são investigados os modos eletromagnéticos localizados produzidos por defeitos em cristais fotônicos, utilizando o método de matriz de transferência e o método da combinação linear das funções de Wannier. Finalmente, é feita a comparação dos resultados obtidos mediante esses métodos e são discutidas as vantagens do uso de funções de Wannier / Photonic crystal are new materials where both the dielectric permittivity and the magnetic permeability present the periodicity of a Bravais lattice. In the case of electronic states, this property is shown by the mono-eletronic potential energy. Due to the similarities between the eletronic and photonic problems, many concepts and methods of theory of electronic states are being applied to investigate photonic crystals. Among such concepts, the Wannier functions are advantageous to deal with either localized photonic modes. This work addresses the case of one-dimensional photonic crystals with inversion symmetry. First, well-localized Wannier functions are calculated and analyzed. Then, the localized modes produced by defects in photonic crystals are investigated by using either transfer matrices or linear combination Wannier functions. Finally, the results obtained by the two methods are compared and the advantages of using Wannier functions are discussed

O escopo desta dissertação é o desenvolvimento de uma metodologia para identificar os modelos de canais da matriz dinâmica que estejam degradando o desempenho de controladores preditivos, ou MPC (Model Predictive Control), baseado nas técnicas de auditoria e diagnóstico deste tipo de controlador propostas por BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) e CLARO (2016). A metodologia desenvolvida contempla dois métodos distintos. O primeiro, chamado método direto compensado, tem como base o método direto de identificação em malha fechada (LJUNG, 1987)e compensa cada saída medida do processo de modo a se reter apenas a contribuição do canal que se deseja identificar. O segundo, chamado método do erro nominal, utiliza a definição de saída nominal do processo, proposta por BOTELHO et al. (2015), como métrica para se quantificar o quão próximo o modelo está do comportamento da planta através da minimização do erro nominal. Os métodos foram aplicados ao sistema de quatro tanques cilíndricos (JOHANSSON, 2000) para dois cenários distintos, sendo o primeiro um sistema 2x2 em fase não mínima contendo um MPC trabalhando com setpoint e o segundo um sistema 4x4 em fase mínima com o MPC atuando por faixas. Para o sistema 2x2, se avaliou a influência da localização do canal discrepante (dentro ou fora da diagonal principal da matriz dinâmica de transferência) na eficácia dos métodos. Para o sistema 4x4, o estudo foi voltado para a eficácia dos métodos frentes a controladores que atuam dentro de limites para as variáveis. Os modelos identificados foram comparados pela capacidade de identificar um modelo que capturasse o zero de transmissão da planta e o RGA dinâmico, par ao sistema 2x2, e pelas respostas degrau e diagrama de Bode para o sistema 4x4. O método direto compensado resultou em baixo erro relativo no valor do zero para a discrepância na diagonal principal da matriz dinâmica e alto valor quando a discrepância se encontrava fora da diagonal principal. O método do erro nominal, por sua vez, foi capaz de identificar um modelo cujo zero de transmissão possuía baixo erro relativo frente ao zero da planta em ambos os cenários. No cenário do controlador atuando por faixas, os métodos propostos obtiveram melhores estimativas dos modelos quando comparados com o método concorrente, uma vez que apresentou alto percentual de aderência das saídas simuladas com as saídas medidas. Em todos os cenários estudados, o método do erro nominal se mostrou capaz de identificar um modelo mais robusto, pois este apresentou RGA dinâmico compatível com a planta em todo o range de frequências analisado. / The objective of this dissertation is to develop a method to identify the model for the channel of the dynamic matrix that are affecting the performance of model predictive controllers (MPC), based on the assessment and diagnosis techniques for this type of controller proposed by BOTELHO et al. (2015) e BOTELHO; TRIERWEILER; FARENZENA (2016) and CLARO (2016). The proposed methodology includes two different methods. The first, called the compensated direct method, is based on the closed-loop direct identification method (LJUNG, 1987) and compensates each process measured output in order to retain only the contribution of the channel being identified. The second, called nominal error method, uses the definition of the process nominal output, proposed by BOTELHO et al. (2015), as a metric to quantify how close the model is to the actual plant behavior by minimizing the nominal error. The proposed methods were applied to the quadruple-tank system (JOHANSSON, 2000) for two distinct scenarios, the first being a nonminimum-phase 2x2 system containing a MPC working with setpoint and the second a minimum-phase 4x4 system with the MPC working by ranges. For the 2x2 system, the influence of the model mismatch location (inside or outside the main diagonal of the dynamic transfer matrix) on the effectiveness of the methods was evaluated. For the 4x4 system, the study was focused on the effectiveness of the methods with controllers that operate within limits for the variables. The identified models were compared by the capability of identifying a model with accurate plant transmission zero and dynamic RGA, for the 2x2 system, and by the step responses and Bode diagram for the 4x4 system. The compensated direct method resulted in low relative error in the value of the transmission zero for the model mismatch located in the main diagonal of the dynamic matrix and high relative error when the mismatch was outside the main diagonal. On the other hand, the nominal error method was able to identify a model whose transmission zero had low relative error against the plant zero in both scenarios. In the scenario of a controller working by range, the proposed methods obtained better estimates of the models when compared to the concurrent method, since it presented a high percentage of adherence of the simulated outputs with the measured outputs. In all the studied scenarios, the nominal error method was able to identify a more robust model, since it presented dynamic RGA compatible with the plant in the entire range of analyzed frequencies.

Neste trabalho estudamos alguns modelos com conservacao de particulas, que apresentam uma transicao de fase entre um estado estacionario ativo e infinitos estados absorventes. Os estados ativos de cada modelo sao compostos por configuracoes equiprovaveis, correspondendo, de acordo com a formulacao gibbsiana da Mecanica Estatistica, a um ensemble microcanonico. Efetuando uma mudanca de ensemble, podemos calcular as grandezas fisicas para cada um destes modelos utilizando a tecnica de matrizes de transferencia, explicada neste trabalho. Realizamos simulacoes destes modelos e confirmamos as hipoteses que sustentam o uso desta tecnica. Por fim, analisamos dois modelos derivados dos anteriores que nao podem ser estudados com base nesta tecnica. / In this work we studied some models with particle conservation which present a phase transition between an active stationary state and infinitely many absorbing states. The active states of each model consist of equiprobable configurations, corresponding, according to Gibbs's formulation of Statistical Mechanics, to a microcanonical ensemble. Carrying out an ensemble change, we can calculate the physical quantities for each one of these models using the transfer matrix technique, explained in this work. We performed simulations of these models and confirmed the hypothesis that sustain the use of this technique. Finally, we analysed two models derived from the previous ones for which this technique cannot be applied.

This report presents the general Ising model and its basic assumptions. This study aims to, from diagonalization of the Transfer Matrix, obtain the Helmholtz free energy and the exclusion of a phase transition for the one-dimensional Ising model under an external magnetic field. Furthermore from establishing the commutation relations of the Transfer matrices and using the Kramers-Wannier duality one finds the free energy and the presence of a phase transition for the square-lattice Ising model.

The goal of this research has been the development of an effective design tool for torsional analysis. In the hopes of achieving this goal the computer program, Torsion 1, has been created. This torsional transfer matrix program provides the user with the ability to easily model multi-rotor systems using a simple user-interface. The program is capable of modeling such components or system characteristics as continuously distributed mass, viscous and structural damping, vibration absorbers, and gear meshes with gear tooth flexibility. The analysis capabilities of the program include forcedresponse and free-vibration analyses. The forced-response analysis module is capable of determining a system’s response to a static or harmonic torsional load. The free-vibration analysis module allows is capable of determining the eigenvalues and eigenvectors for damped and undamped systems. This thesis includes an explanation of the multi-rotor transfer matrix technique employed in Torsion 1. The derivation of transfer matrices for visco-elastic vibration absorbers, pendulum absorbers, flexible gear meshes, and planetary gear trains are included in this work. Finally, the validity of the program results is verified with a set of benchmark examples. / Master of Science

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