[pt] Nesta dissertação, estratégias de modelagem são apresentadas envolvendo modelos de séries temporais lineares e não lineares para modelar a série do preço spot no mercado elétrico brasileiro. Foram usados, dentre os lineares, os modelos ARIMA(p,d,q) proposto por Box, Jenkins e Reinsel (1994) e os modelos de regressão dinâmica. Dentre os não lineares, o modelo escolhido foi o STAR desenvolvido, inicialmente, por Chan e Tong (1986) e, posteriormente, por Teräsvista (1994). Para este modelo, testes do tipo Multiplicador de Lagrange foram usados para testar linearidade, bem como para avaliar os modelos estimados. Além disso, foi também utilizada uma proposta para os valores iniciais do algoritmo de otimização, desenvolvido por Franses e Dijk (2000). Estimativas do filtro de Kalman suavizado foram usadas para substituir os valores da série de preço durante o racionamento de energia ocorrido no Brasil. / [en] In this dissertation, modeling strategies are presented involving linear and non-linear time series models to model the spot price of Brazil s electrical energy market. It has been used, among the linear models, the modeling approach of Box, Jenkins and Reinsel (1994) i.e., ARIMA(p,d,q) models, and dynamic regression. Among the non-linear ones, the chosen model was the STAR developed, initially, by Chan and Tong (1986) and, later, by Teräsvirta (1994). For this model, the Lagrange Multipliers test, to measure the degree of non linearity of the series , as well as to evaluate the estimated model was used. Moreover, it was also used a proposal for the initial values of the optimization algorithm, developed by Franses and Dijk (2000). The smoothed Kalman filter estimates were used in order to provide values for the spot price series during the energy shortage period.

[pt] Diversos estudos envolvendo modelos de fatores para apreçamento de ativos contestam a validade do CAPM. Ao longo do tempo, para explicar as chamadas anomalias dos retornos das ações, os trabalhos se voltaram tanto para a busca de novos fatores de risco – os modelos multifatores – bem como para o tratamento dinâmico das sensibilidades relacionadas aos fatores de risco – os modelos condicionais de apreçamento de ativos. Os modelos condicionais, de um ou mais fatores, explicitam o valor esperado do retorno de um ativo de forma condicional a um conjunto de informação disponível no período anterior. As sensibilidades aos fatores de risco, os betas, são estimados como parâmetros dinâmicos a partir de diferentes abordagens na literatura. Nesta tese, o objetivo é o estudo de modelos condicionais na forma espaço-estado, em que os betas seguem processos estocásticos e são estimados a partir do filtro de Kalman, de forma a verificar o ganho na capacidade explicativa dos modelos. Dois estudos empíricos são realizados, um para o CAPM condicional no mercado brasileiro e outro para o modelo de três fatores condicional de Fama e French no mercado norte-americano. De modo geral, os resultados ao se considerar a variação temporal das sensibilidades aos fatores são melhores do que os obtidos a partir dos modelos incondicionais correspondentes, tanto no que se refere ao ajuste aos dados quanto à redução proporcionada nos erros de apreçamento. / [en] The validity of CAPM is contested by several studies based on factor models. During the last decades, aiming to explain the known financial anomalies of stock returns, two major lines of research emerged: the use of asset pricing models that allow for multiple sources of risk – the multifactor models – as well as the dynamic approach to model the sensitivities of returns in respect to the risk factors – the conditional models. The conditional models, based on one or more risk factors, explicit the expected return conditional to the information set available in the previous period. The factor sensitivities, or the betas, are estimated as dynamic parameters according to different approaches in the literature. The main objective in this thesis is to study conditional pricing models based on state-space approach. The betas dynamics are described as stochastic processes and estimated through the Kalman filter in order to verify the models ability to explain the returns and related financial anomalies, such as size and value effects. Two empirical applications are presented: one for Conditional CAPM in the Brazilian stock market and another for Conditional Fama and French (1993) three-factor model in the American stock market. In both cases, time-varying sensitivities treatment provides better model adjustment as well as smaller pricing errors compared to correspondent unconditional models.

[pt] Quadrirrotores são veículos aéreos que possuem quatro rotores fixos e orientados na direção vertical. Devido à sua simplicidade mecânica frente aos helicópteros tradicionais, os mesmos têm se tornado cada vez mais populares nos meios de pesquisa, militares e, mais recentemente, industriais. Essa topologia de veículo data do início do século XX mas o desenvolvimento em escala só foi possível após a recente evolução e miniaturização dos sistemas eletrônicos embarcados, dos motores elétricos e das baterias. A movimentação desses veículos no espaço é possível graças à sua inclinação em relação ao solo e, para tal, é imprescindível obter e controlar corretamente a atitude do mesmo. As unidades de medidas inerciais (IMU) surgiram como uma solução para esse problema. Através da fusão dos dados obtidos com os sensores presentes nessas centrais (acelerômetros, girômetros e magnetômetro) é possível estimar a atitude do veículo. O presente trabalho apresenta soluções tanto para a estimativa quanto para o controle de atitude de quadrirrotor. Os modelos matemáticos desenvolvidos são validados em simulações numéricas e em testes experimentais. O objetivo é que as soluções propostas apresentem resultados positivos para que possam ser empregadas nos quadrirrotores em escala. / [en] Quadrotors are vehicles that have four fixed rotors in the vertical direction. Due to its mechanical simplicity compared to traditional helicopters, these vehicles have become increasingly popular in the research, military and, more recently, industrial fields. This type of vehicle first appeared in the early twentieth century, but the development of small-scale models was only possible after the recent evolution and miniaturization of embedded electronics, electric motors and batteries. A Quadrotor can fly in any direction by changing its inclination relative to the ground, so it is essential to calculate and properly adjust its attitude. The inertial measurement units (IMU) emerged as one solution to this problem. By merging the IMU sensors data, it is possible to estimate the vehicle s attitude. This dissertation presents solutions for both the estimation and the control of the vehicle s attitude. The developed mathematical models are validated with numerical simulations and experimental tests. The goal is that the presented solutions give enough good results so they can be used in small-scale Quadrotors.

Submitted by Yuri Barboza Cocchiarale (yuriufrj1410@hotmail.com) on 2017-07-18T13:48:06Z No. of bitstreams: 1 Dissertação FGV - Yuri Barboza 2017.pdf: 7367125 bytes, checksum: f7c2e1f50effbdca635ca98fe61d1862 (MD5) / Approved for entry into archive by GILSON ROCHA MIRANDA (gilson.miranda@fgv.br) on 2017-07-21T14:50:15Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação FGV - Yuri Barboza 2017.pdf: 7367125 bytes, checksum: f7c2e1f50effbdca635ca98fe61d1862 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-27T12:28:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação FGV - Yuri Barboza 2017.pdf: 7367125 bytes, checksum: f7c2e1f50effbdca635ca98fe61d1862 (MD5) Previous issue date: 2017-05-31 / The aim of this study is to show that the creation of the Law no. 12,858 / 2013 has an irrelevant effect in the short term, regarding issues related to health and education problems. By adopting some assumptions capable of modeling the obtained database and estimating oil production using the SARIMA, Holt-Winters and Kalman Filter models, combined with the price forecast, the portrayed results can consistently reflect the impacts brought by this law. The problem becomes even bigger in a long-term horizon, in which the migration of revenue from royalties will overwhelmingly affect the entities who benefit from it. / Este trabalho tem como objetivo mostrar que a criação da Lei n° 12.858/2013 possui um efeito irrelevante no curto prazo, no que tange as questões ligadas aos problemas da saúde e educação. Adotando algumas premissas capazes de modelar o banco de dados obtido e estimando a produção do petróleo utilizando os modelos SARIMA, Holt-Winters e Filtro de Kalman, combinadas com a previsão dos preços, os resultados apresentados conseguem refletir de forma consistente os impactos trazidos por esta lei. O problema ainda se torna maior em um horizonte de longo prazo, onde a migração da receita provida dos royalties afetará de forma devastadora os entes que se beneficiam dela.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-10-04T14:03:27Z No. of bitstreams: 1 DissDPL.pdf: 3012901 bytes, checksum: 29c2df84e5e59e8e598fae154f0983d2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-14T14:18:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDPL.pdf: 3012901 bytes, checksum: 29c2df84e5e59e8e598fae154f0983d2 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-14T14:18:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissDPL.pdf: 3012901 bytes, checksum: 29c2df84e5e59e8e598fae154f0983d2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-14T14:18:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissDPL.pdf: 3012901 bytes, checksum: 29c2df84e5e59e8e598fae154f0983d2 (MD5) Previous issue date: 2016-03-04 / Não recebi financiamento / Kalman filters are rooted in the technical literature, as a way of predicting new states in nonlinear systems providing a recursive solution to the problem of linear optimal filtering. Therefore, 56 years after its discovery, many modifications have been proposed in order to obtain better accuracy and speed. Some of these changes are used in this work; these being the Extended Kalman Filter (EKF), Unscented Kalman Filter (UKF) and Kalman Filter Cubature (CKF). This work , divided into three distinct parts: Implementation / Comparative analysis of prediction of Kalman filters in complex systems (Series), qualitative analysis of the possible uses of the Kalman filter variants for neural network training and position and velocity determination a displaced object on a simulated plane with some trajectories Having these analyzes key role in fostering the studies cited in the scientific literature , proving the possibility of such algorithms and methods are used for positioning in unstructured environments / Filtros de Kalman estão consagrados na literatura técnica, como uma das formas de prever novos estados em sistemas não-lineares, fornecendo uma solução recursiva para o problema da filtragem ideal linear. Após 56 anos de sua descoberta, muitas modificações e melhorias foram propostas, procurando obter uma maior precisão e velocidade na predição de novos estados. Algumas dessas mudanças são utilizadas neste trabalho; sendo elas o Filtro de Kalman Estendido (EKF), Unscented Kalman Filter (UKF) e Filtro de Kalman de Cubagem Esférica Radial (CKF).O objetivo deste trabalho, divido em três partes distintas, porém complementares: Implementação/Análise comparativa da predição dos Filtros de Kalman em sistemas complexos (Series), Análise qualitativa das possíveis utilizações das variantes do Filtro de Kalman para treinamento de Redes Neurais e Determinação de posição e velocidade de um objeto deslocado sobre um plano simulado. Possuindo essas análises papel fundamental na fomentação dos estudos citados na literatura científica durante o trabalho, e comprovando a possibilidade desses algoritmos/ métodos serem utilizados em tarefas de posicionamento em ambientes não estruturados.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GutembergSS.pdf: 569123 bytes, checksum: 6f85b5ee47010d2d331986f17689304b (MD5) Previous issue date: 2008-05-30 / This work presents a cooperative navigation systemof a humanoid robot and a wheeled robot using visual information, aiming to navigate the non-instrumented humanoid robot using information obtained from the instrumented wheeled robot. Despite the humanoid not having sensors to its navigation, it can be remotely controlled by infra-red signals. Thus, the wheeled robot can control the humanoid positioning itself behind him and, through visual information, find it and navigate it. The location of the wheeled robot is obtained merging information from odometers and from landmarks detection, using the Extended Kalman Filter. The marks are visually detected, and their features are extracted by image processing. Parameters obtained by image processing are directly used in the Extended Kalman Filter. Thus, while the wheeled robot locates and navigates the humanoid, it also simultaneously calculates its own location and maps the environment (SLAM). The navigation is done through heuristic algorithms based on errors between the actual and desired pose for each robot. The main contribution of this work was the implementation of a cooperative navigation system for two robots based on visual information, which can be extended to other robotic applications, as the ability to control robots without interfering on its hardware, or attaching communication devices / Este trabalho apresenta um sistema de navega??o cooperativa de um rob? human?ide e um rob? com rodas usando informa??o visual, com o objetivo de efetuar a navega??o do rob? human?ide n?o instrumentado utilizando-se das informa??es obtidas do rob? com rodas instrumentado. Apesar do human?ide n?o possuir sensores para sua navega??o, pode ser remotamente controlado por sinal infravermelho. Assim, o rob? com rodas pode controlar o human?ide posicionando-se atr?s dele e, atrav?s de informa??o visual, localiz?-lo e naveg?-lo. A localiza??o do rob? com rodas ? obtida fundindo-se informa??es de odometria e detec??o de marcos utilizando o filtro de Kalman estendido. Os marcos s?o detectados visualmente, e suas caracter?sticas s?o extra?das pelo o processamento da imagem. As informa??es das caracter?sticas da imagem s?o utilizadas diretamente no filtro de Kalman estendido. Assim, enquanto o rob? com rodas localiza e navega o human?ide, realiza tamb?m sua localiza??o e o mapeamento do ambiente simultaneamente (SLAM). A navega??o ? realizada atrav?s de algoritmos heur?sticos baseados nos erros de pose entre a pose dos rob?s e a pose desejada para cada rob?. A principal contribui??o desse trabalho foi a implementa??o de um sistema de navega??o cooperativa entre dois rob?s baseados em informa??o visual, que pode ser estendido para outras aplica??es rob?ticas, dado a possibilidade de se controlar rob?s sem interferir em seu hardware, ou acoplar dispositivos de comunica??o

Esta tese apresenta novos algoritmos que resolvem problemas de estimativas filtrada, suavizadora e preditora para sistemas singulares no tempo discreto usando apenas argumentos determinísticos. Cada capítulo aborda inicialmente as estimativas para o sistema nominal e em seguida, as versões robustas para o sistema com incertezas limitadas. Os resultados encontrados podem ser aplicados tanto em sistemas invariantes como variantes no tempo discreto, utilizando a mesma estrutura do filtro de Kalman. Nos últimos anos, uma quantidade significativa de trabalhos envolvendo estimativas singulares foi publicada enfocando apenas a estimativa filtrada sob a justificativa de que a estimativa preditora era de significativa complexidade quando modelada pelo método dos mínimos quadrados. Por este motivo, poucos trabalhos, como NIKOUKHAH et al. (1992) e ZHANG et al. (1998), deduziram a estimativa preditora. Este último artigo apresentou também um algoritmo para a estimativa suavizadora, mas usando o modelo de inovação ARMA. No entanto, até onde foi possível identificar, nenhum trabalho até agora resolveu o problema de estimativa robusta, considerando incertezas nos parâmetros, para sistemas singulares. Para a dedução das estimativas singulares robustas, esta tese tomou como base SAYED (2001), que deduz o filtro de Kalman robusto com incertezas limitadas utilizando uma abordagem determinística, o chamado filtro BDU. Os filtros robustos para sistemas singulares apresentados nesta tese, são mais abrangentes que os apresentados em SAYED (2001). Quando particularizados para o espaço de estados sem incertezas, todos os filtros se assemelham ao filtro de Kalman. / New algorithms to optimal recursive filtering, smoothed and prediction for general time-invariant or time-variant descriptor systems are proposed in this thesis. The estimation problem is addressed as an optimal deterministic trajectory fitting. This problem is solved using exclusively deterministic arguments for systems with or without uncertainties. Kalman type recursive algorithms for robust filtered, predicted and smoothed estimations are derived. In the last years, many papers have paid attention to the estimation problems of linear singular systems. Unfortunately, all those works were concentrated only on the study of filtering problems, for nominal systems. The predicted and smoothed filters are more involved and were considered only by few works : NIKOUKHAH et al. (1992) and ZHANG et al. (1998) had proposed a unified approach for filtering, prediction and smoothing problems which were derived by using the projection formula and were calculated based on the ARMA innovation model, but they had not considered the uncertainties. In this thesis its applied for descriptor systems a robust procedure for usual state space systems developed by SAYED (2001), called BDU filter. It is obtained a robust descriptor Kalman type recursions for filtered, predicted and smoothed estimates. Considering the nominal state space, all descriptor filters developed in this work collapse to the Kalman filter.

Este trabalho introduz os conceitos de controlabilidade fraca e estabilizabilidade fraca para sistemas lineares com parâmetros sujeitos a saltos Markovianos a tempo discreto. É, inicialmente, construída uma coleção de matrizes C que se assemelha às matrizes de controlabilidade de sistemas lineares deterministicos. Essa coleção de matrizes C nos permite definir um conceito de controlabilidade fraca, requerendo que elas sejam de posto completo, assim como introduzir um conceito de estabilizabilidade fraca, dual ao conceito de detetabilidade fraca encontrado na literatura de sistemas com saltos de Markov. Uma característica importante do conceito de estabilizabilidade fraca é a de generalizar o conceito de estabilizabilidade na média quadrática, anteriormente encontrado na literatura. O papel do conceito da estabilizabilidade fraca no problema de filtragem é investigado através de casos de estudo. Estes casos de estudo são desenvolvidos no contexto do filtro de Kalman com observação do parâmetro de Markov e sugerem que a estabilizabilidade fraca em conjunto com a detetabilidade na média quadrática garantem que o estimador seja estável na média quadrática. / This work introduces weak controllability and weak stabilizability concepts for discretetime Markov jump linear system. We introduce a collection of matrices C that resembles controllability matrices of deterministic linear systems. The collection of matrices C allows us to define a weak controllability concept by requiring that the matrices are full rank, as well as to introduce a weak stabilizability concept that is a dual of the weak detectability concept found in the literature of Markov jump systems. An important feature of the introduced concept is that it generalizes the previous concept of mean square stabilizability. The role that the weak stabilizability concept plays in the filtering problem is investigated via case studies. These case studies are developed in the context of Kalman filtering with observation of the Markov parameter, they suggest that weak stabilizability together with mean square stabilizability ensure that the state estimator is mean square stable.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The data reconciliation in process control is extremely important regarding the industries because from this it is possible to obtain a greater efficiency in the performance in industrial process control meshes aiming at a lower cost and a higher quality of the product. In this work we approach data estimation techniques for the implementation of an online dynamic data reconciliation system in order to reduce the noise and the measurement uncertainties that are submitted in the process variables. The techniques used here are: the Kalman Filter, the Preditor-Corrector DDR Algorithm, the Moving Horizon Estimator (MHE) and the Constrained Extended Kalman Filter (CEKF). The analysis is performed by applying the dynamic data reconciliation system in a simulated process, characteristic of the chemical industry, operating under MPC (Model Predictive Control). The performance of the MPC controller is also enhanced by the use of the reconciled data in the feedback control loop. / A reconciliação de dados em controle de processos é extremamente importante no que diz respeito às indústrias, pois a partir dessa é possível obter uma maior eficiência no desempenho em malhas de controle de processos industriais visando à minimização dos custos e maximizando a qualidade do produto. Neste trabalho abordam-se técnicas de estimação de dados para a implementação de um sistema de reconciliação dinâmica de dados on-line a fim de reduzir os ruídos e as incertezas de medições a que estão submetidas às variáveis do processo. As técnicas aqui empregadas são: o Filtro de Kalman, o Algoritmo DDR Preditor-Corretor, o Estimador de Horizonte Móvel (MHE) e o Filtro de Kalman Estendido com Restrições (CEKF). As análises são efetuadas aplicando o sistema de reconciliação dinâmica de dados em um processo simulado, característico da indústria química, operando sob controle preditivo (MPC). Também é efetuado o aprimoramento no desempenho do controlador MPC utilizando os dados reconciliados na malha de realimentação do controlador.

Cada vez mais robôs móveis autônomos estão sendo utilizados em diversas tarefas e em ambientes com elevado risco para atividades humanas que a paralisação de suas atividades podem gerar outros riscos, perdas e elevados custos. Assim, o estado de carga (SOC) de sistemas de baterias em robôs móveis autônomos é um parâmetro importante na prevenção de uma falha primária nessa aplicação, a ausência de energia. Este trabalho apresenta os métodos existentes na literatura para a determinação do estado de carga de baterias e as tecnologias de baterias disponíveis utilizadas em robôs móveis autônomos ou veículos autônomos guiados. A partir desses estudos foi desenvolvido um modelo de medida, baseado no modelo combinado e foram realizados testes de bancadas para levantamento dos parâmetros e características de três modelos de células de baterias: Lítio Polímero (Li-PO), Níquel-Cádmio (NiCd) e Lítio-Ferro-Polímero (LiFePO4). Com esses parâmetros, aplicou-se o método de estimativa de carga baseado na técnica do Filtro de Kalman Estendido (EKF). Através dos testes, analisou-se comparativamente a resposta do método proposto e a resposta do método OCV e a capacidade de carga real. / Autonomous mobile robots have being increasingly used in various tasks, environments and activities of high risk to human that the stoppage of its activities may generate other risks, losses and high costs. Thus the state of charge (SOC) of battery systems in autonomous mobile robots, is an important parameter to prevent a primary failure in this application, the lack of energy. The paper presents the existing methods in the literature to determine the battery state of charge and battery commercial technologies available used in an autonomous mobile robot or autonomous guided vehicle, from these studies a measurement model based on combined model was developed and testing benches for three cells models on Lithium Polymer Battery (Li-PO), Nickel Cadmium (NiCd) and lithium-iron-Polymer (LiFePO4) batteries were performed for lifting the parameters and apply the battery state of charge method based on the Extended Kalman Filter (EKF) technique. The tests were analyzed in order to observe the comparatively response of the proposed method, the OCV method and Real charge capacity.