This thesis presents strict LMI conditions for the bounded real lemma of discrete descriptor systems. Compared with existing nonstrict LMI conditions, the proposed new conditions are more tractable and reliable in numerical computations, in the sense that they can be tested easily by using the LMI Control Toolbox of Matlab. Based on the strict LMI conditions, the state feedback design for H-infinite control problem is also addressed. A sufficient LMI condition is derived so that the constructed feedback gain matrix from its solution will meet the design criteria of the closed-loop systems. Furthermore, we can probe into the problems of robust H-infinite control and pole-clustering in a disk for uncertain discrete descriptor systems subject to time-invariant norm-bounded uncertainty and convex polytopic uncertainty in the state matrix, respectively. Some sufficient LMI conditions are derived for analysis and design of these problems as well. Numerical examples are included to illustrate the results.

The Rapid Thermal Chemical Vapor Deposition (RTCVD) system is an emerging and promising technology in semiconductor manufacturing which possess advantages of rapidly increasing wafer temperature and reducing the thermal budget over traditional batch processing. In recent years, the growth of thin films in the manufacture of semiconductor devices has been widely employed in the industry. Because the influences of processing variables on RTCVD systems may lead to spatial wafer temperature non-uniformity, the precise control of wafer temperature is an important issue up to the present. In this paper the complementary sensitivity function shaping based on H-infinite control theory is applied to design robust controllers for the single-input/single-output (SISO) model of the RTCVD system, the multi-input/multi-output (MIMO) model of the RTCVD system, and the MIMO model with multiplicative uncertainties. Through control the power of the tungsten-halogen lamps, it can achieve the temperature tracking with good uniformity. Finally, the computer simulation results are obviously that the performance of the proposed controllers is satisfactory.

Neste mestrado propõe-se um estudo sobre o controle automático de sistemas dinâmicos para o problema de coordenação de robôs móveis. Os movimentos coordenados serão realizados em função de um líder e qualquer robô da formação pode assumir a liderança de maneira aleatória. Os robôs trocam informação através de um grafo direcionado (dígrafo) de comunicação, definido a-priori e, movimentos estáveis são gerados através de uma lei de controle descentralizada baseada nas coordenadas dos robôs. Além disso, as equações dinâmicas não lineares dos robôs são descritas na forma de espaço de estado sendo os parâmetros das matrizes dependentes da velocidade angular das rodas. Esta representação, conhecida como Quase Linear a Parâmetros Variantes (Quase-LPV), é utilizada no projeto de controle H \'INFINITO\' não linear para sistemas dinâmicos. Para garantir a estabilidade da formação quando há alternância de líder ou remoção de robôs, foi feito o controle robusto e controle tolerante a falhas para um grupo de robôs móveis com rodas (RMRs). O controle robusto é baseado em controle H \'INFINITO\' não linear via realimentação do estado e controle H \'INFINITO\' não linear via realimentação da saída. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H \'INFINITO\' por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir a estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. Resultados em simulação são apresentados para os controladores utilizados. / This dissertation proposes a study on the automatic control of dynamic systems to the problem of coordination of mobile robots. The coordinated motions are performed with the robots following a leader, and any robot of the formation can assume the leadership randomly. The robots exchange informations according to a pre-specified communication directed graph (digraph). Stable motions are generated by a decentralized control law based on the robots coordinates. In addition, the nonlinear dynamic equations of the robots are described in state-space form where the parameters matrices depend on the angular velocities of the wheels. This representation, known as Quasi-Linear Parameter Varying (Quasi-LPV), is useful for control designs based on nonlinear H \'INFINITE\' approaches. To ensure the stability formation when there is alternation of leader or one of the robots is removed, we made a robust control and fault tolerant control for a group of wheeled mobile robots (WMRs). The robust approach is based on state feedback nonlinear H \'INFINITE\' control and output feedback nonlinear H \'INFINITE\' control. The fault tolerant approach is based on output feedback H \'INFINITE\' control of Markovian jump linear systems to ensure stability of the formation when one of the robots is lost during the coordinated motion. Results in simulation are presented for the controllers used.

Neste mestrado propõe-se um estudo sobre o controle automático de sistemas dinâmicos para o problema de coordenação de robôs móveis. Os movimentos coordenados serão realizados em função de um líder e qualquer robô da formação pode assumir a liderança de maneira aleatória. Os robôs trocam informação através de um grafo direcionado (dígrafo) de comunicação, definido a-priori e, movimentos estáveis são gerados através de uma lei de controle descentralizada baseada nas coordenadas dos robôs. Além disso, as equações dinâmicas não lineares dos robôs são descritas na forma de espaço de estado sendo os parâmetros das matrizes dependentes da velocidade angular das rodas. Esta representação, conhecida como Quase Linear a Parâmetros Variantes (Quase-LPV), é utilizada no projeto de controle H \'INFINITO\' não linear para sistemas dinâmicos. Para garantir a estabilidade da formação quando há alternância de líder ou remoção de robôs, foi feito o controle robusto e controle tolerante a falhas para um grupo de robôs móveis com rodas (RMRs). O controle robusto é baseado em controle H \'INFINITO\' não linear via realimentação do estado e controle H \'INFINITO\' não linear via realimentação da saída. O controle tolerante a falhas é baseado em controle H \'INFINITO\' por realimentação da saída de sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos para garantir a estabilidade da formação quando um dos robôs é perdido durante o movimento coordenado. Resultados em simulação são apresentados para os controladores utilizados. / This dissertation proposes a study on the automatic control of dynamic systems to the problem of coordination of mobile robots. The coordinated motions are performed with the robots following a leader, and any robot of the formation can assume the leadership randomly. The robots exchange informations according to a pre-specified communication directed graph (digraph). Stable motions are generated by a decentralized control law based on the robots coordinates. In addition, the nonlinear dynamic equations of the robots are described in state-space form where the parameters matrices depend on the angular velocities of the wheels. This representation, known as Quasi-Linear Parameter Varying (Quasi-LPV), is useful for control designs based on nonlinear H \'INFINITE\' approaches. To ensure the stability formation when there is alternation of leader or one of the robots is removed, we made a robust control and fault tolerant control for a group of wheeled mobile robots (WMRs). The robust approach is based on state feedback nonlinear H \'INFINITE\' control and output feedback nonlinear H \'INFINITE\' control. The fault tolerant approach is based on output feedback H \'INFINITE\' control of Markovian jump linear systems to ensure stability of the formation when one of the robots is lost during the coordinated motion. Results in simulation are presented for the controllers used.

Orientador: Alberto Luiz Serpa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-06T08:29:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SarraciniJunior_Fernando_M.pdf: 6793847 bytes, checksum: effab2db853f18298e45c0a677c2ee50 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: A implementação de controladores de ordem reduzida (fixa) demanda um menor esforço de processamento e consequentemente recursos de hardware menos sofisticados em relação à implementação de controladores de ordem completa. Este trabalho mostra que a implementação prática de controladores H 00 de ordem fixa voltados para o controle de estruturas flexíveis é factível. A obtenção de tais controladores é um problema considerado difícil por ser nãoconvexo. Para contornar as dificuldades numéricas de obtenção dos controladores de ordem fixa, uma combinação do método Lagrangiano Aumentado com Desigualdades Matriciais Lineares (LMls) é utilizada. Uma estrutura de viga com engaste em uma de suas extremidades é modelada através do método de Elementos Finitos. Controladores Hoc de ordem fixa e de ordem completa são projetados com base em um modelo matemático truncado. Incertezas de modelagem e a presença de modos próximos na região de frequência de interesse dificultam a obtenção de controladores que garantam a estabilidade e um desempenho satisfatório. Para contornar estas dificuldades, usa-se a técnica de controle robusto Hoo e filtros de ponderação. Dessa forma, procura-se minimizar o efeito das incertezas e evitar que modos que não foram considerados durante a fase de projeto dos controladores não sejam excitados, garantido assim a não ocorrência do fenômeno denominado spillover. Controladores Hoo de ordem completa e ordem fixa são implementados na prática e os resultados experimentais são comparados com resultados simulados / Abstract: The implementation of reduced (fixed ) order controllers requires a smaller computational effort and. consequently, less advanced hardware resources in relation to the implementation of full order controllers. This work shows that the practical implementation of fixed order Hoo controllers directed toward the control of flexible structures is viable. Obtaining such controllers is considered a difficult task for being a non-convex problem. To overcome the numerical difficulties of attainment of fixed order controllers, a combination of the Lagrangian method increased with Linear Matrix Inequalities (LMIs) is used. A cantilever beam is modelled with the Finite Element Method. Fixed and full order controllers are designed based on a truncated mathematical model. Modelling uncertainties and the existence of near modes in the frequency range of interest make difficult the attainment of controllers that assure the stability and the performance of the system. To overcome this difficulty, the robust Hoo control and weighing filters are used. In this way, it is desired to minimize the effect of uncertainties and avoid the excitement of non-modelled modes, assuring that the spillover phenomenon does not occur. Full order and fixed order H x controllers are implemented in the practice and the experimental results are compared with the simulated results / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e as análises de técnicas de controle aplicadas a uma base de movimento de um simulador de vôo. Nos primeiros capítulos são abordados aspectos relacionados com a simulação de movimentos. Uma breve descrição da dinâmica da aeronave e o desenvolvimento do algoritmo de movimento (washout filter) são apresentados. O modelo dinâmico da base de movimento é desenvolvido baseado num manipulador paralelo de seis graus de liberdade chamado de plataforma de Stewart acionado eletricamente. As equações de movimento do atuador eletromecânico são incluídas no modelo dinâmico da plataforma. O controle baseado na dinâmica inversa é uma alternativa para abordar o controle de sistema mecânicos não lineares como a plataforma de Stewart. Porém, essa técnica considera o conhecimento exato do modelo dinâmico do sistema, portanto, a dinâmica não modelada, as incertezas paramétricas e as perturbações externas podem degradar o desempenho do controlador. Além disso, o custo computacional pago pelo cálculo do modelo dinâmico realizado online é muito alto. Nesse contexto, duas estratégias de controle foram aplicadas na malha externa da estrutura de controle baseada na dinâmica inversa para o controle de aceleração na presença de incertezas paramétricas e da dinâmica não modelada, os quais foram introduzidas intencionalmente no processo de aproximar o modelo dinâmico com o objetivo de simplificar a implementação do controle baseado na dinâmica inversa. Na primeira estratégia, o termo robusto de controle foi projetado, provando a estabilidade do sistema linearizado por meio da teoria de estabilidade de Lyapunov. Este controle apresenta o fenômeno conhecido como chattering e então foi adotada uma função de saturação para substituir a lei de controle. Na segunda estratégia, o termo robusto de controle foi projetado considerando um problema de rejeição de distúrbio via controle H \'INFINITO\', onde o controlador considera as incertezas como distúrbios afetando o sistema linearizado resultante da aplicação do controle baseado na dinâmica inversa. Finalmente, três tipos de testes foram realizados para avaliar o sistema de controle: função descritiva, limiar dinâmico e algumas manobras da aeronave calculadas a partir do modelo dinâmico e transformadas através do algoritmo de movimento. As duas estratégias de controle foram comparadas. / This work presents the development and analysis of control techniques applied to a flight simulator motion base. The first chapters deal with subjects related to motion simulation. A brief description of the aircraft dynamic model and the development of the motion algorithm (washout filter) are presented. The motion base dynamics is derived based on a six degree of freedom parallel manipulator driven by electromechanical actuators. The six degree of freedom parallel manipulator is called Stewart platform. The motion equations of the electromechanical actuators are included in the motion base dynamics. Inverse dynamics control is an approach to nonlinear control design, nonetheless, this technique is based on the assumption of exact cancellation of nonlinear terms, therefore, parametric uncertainty, unmodeled dynamics and external disturbances may deteriorate the controller performance. In addition, a high computational burden is paid by computing on-line the complete dynamic model of the motion-base. Robustness can be regained by applying robust control tecniques in the outer loop control structure. In this context, two control strategies were applied in the outer loop of the inverse dynamics control structure linearized system for robust acceleration tracking in the presence of parametric uncertainty and unmodeled dynamic, which are intentionally introduced in the process of approximating the dynamic model in order to simplify the implementation of this approach, the inverse dynamic control. Both control strategies consist of introducing an additional term to the inverse dynamics controller which provides robustness to the control system. In the first strategy, the robust control term was designed proving the stability of the linearized system in the presence of uncertainties, using the Lyapunov stability theory. This control term presents a phenomenon known as chattering. Therefore, a saturation function was adopted to replace the control law. In the second strategy, the robust term was designed for a disturbance rejection problem via H \'INFINITE\' control, where the controller considers the uncertaities as disturbances affecting the linearized system resulting from the application of the inverse dynamic control. Finally, describing function, dynamic threshold and some maneuvers computed from the washout filter were used to evaluate the performance of the controllers. Both approaches were compared.

Este trabalho apresenta o desenvolvimento e as análises de técnicas de controle aplicadas a uma base de movimento de um simulador de vôo. Nos primeiros capítulos são abordados aspectos relacionados com a simulação de movimentos. Uma breve descrição da dinâmica da aeronave e o desenvolvimento do algoritmo de movimento (washout filter) são apresentados. O modelo dinâmico da base de movimento é desenvolvido baseado num manipulador paralelo de seis graus de liberdade chamado de plataforma de Stewart acionado eletricamente. As equações de movimento do atuador eletromecânico são incluídas no modelo dinâmico da plataforma. O controle baseado na dinâmica inversa é uma alternativa para abordar o controle de sistema mecânicos não lineares como a plataforma de Stewart. Porém, essa técnica considera o conhecimento exato do modelo dinâmico do sistema, portanto, a dinâmica não modelada, as incertezas paramétricas e as perturbações externas podem degradar o desempenho do controlador. Além disso, o custo computacional pago pelo cálculo do modelo dinâmico realizado online é muito alto. Nesse contexto, duas estratégias de controle foram aplicadas na malha externa da estrutura de controle baseada na dinâmica inversa para o controle de aceleração na presença de incertezas paramétricas e da dinâmica não modelada, os quais foram introduzidas intencionalmente no processo de aproximar o modelo dinâmico com o objetivo de simplificar a implementação do controle baseado na dinâmica inversa. Na primeira estratégia, o termo robusto de controle foi projetado, provando a estabilidade do sistema linearizado por meio da teoria de estabilidade de Lyapunov. Este controle apresenta o fenômeno conhecido como chattering e então foi adotada uma função de saturação para substituir a lei de controle. Na segunda estratégia, o termo robusto de controle foi projetado considerando um problema de rejeição de distúrbio via controle H \'INFINITO\', onde o controlador considera as incertezas como distúrbios afetando o sistema linearizado resultante da aplicação do controle baseado na dinâmica inversa. Finalmente, três tipos de testes foram realizados para avaliar o sistema de controle: função descritiva, limiar dinâmico e algumas manobras da aeronave calculadas a partir do modelo dinâmico e transformadas através do algoritmo de movimento. As duas estratégias de controle foram comparadas. / This work presents the development and analysis of control techniques applied to a flight simulator motion base. The first chapters deal with subjects related to motion simulation. A brief description of the aircraft dynamic model and the development of the motion algorithm (washout filter) are presented. The motion base dynamics is derived based on a six degree of freedom parallel manipulator driven by electromechanical actuators. The six degree of freedom parallel manipulator is called Stewart platform. The motion equations of the electromechanical actuators are included in the motion base dynamics. Inverse dynamics control is an approach to nonlinear control design, nonetheless, this technique is based on the assumption of exact cancellation of nonlinear terms, therefore, parametric uncertainty, unmodeled dynamics and external disturbances may deteriorate the controller performance. In addition, a high computational burden is paid by computing on-line the complete dynamic model of the motion-base. Robustness can be regained by applying robust control tecniques in the outer loop control structure. In this context, two control strategies were applied in the outer loop of the inverse dynamics control structure linearized system for robust acceleration tracking in the presence of parametric uncertainty and unmodeled dynamic, which are intentionally introduced in the process of approximating the dynamic model in order to simplify the implementation of this approach, the inverse dynamic control. Both control strategies consist of introducing an additional term to the inverse dynamics controller which provides robustness to the control system. In the first strategy, the robust control term was designed proving the stability of the linearized system in the presence of uncertainties, using the Lyapunov stability theory. This control term presents a phenomenon known as chattering. Therefore, a saturation function was adopted to replace the control law. In the second strategy, the robust term was designed for a disturbance rejection problem via H \'INFINITE\' control, where the controller considers the uncertaities as disturbances affecting the linearized system resulting from the application of the inverse dynamic control. Finally, describing function, dynamic threshold and some maneuvers computed from the washout filter were used to evaluate the performance of the controllers. Both approaches were compared.

Les structures intelligentes sont de plus en plus présentes dans différentes industries et notamment dans les domaines de l'aéronautique et du génie civil. Ces structures sont dotées de fonctions qui leur permettent d'interagir avec leur environnement, d'adapter leurs caractéristiques structurelles (raideur, amortissement, viscosité, etc.) selon les besoins ou de surveiller leur état de santé ou « SHM » (Structural Health Monitoring). Aujourd’hui, les performances des méthodes de contrôle actif peuvent être considérablement dégradées lors de l’apparition d’endommagement. Le contrôle actif tolérant aux dommages ou « DTAC » (Damage Tolerant Active Control) est un champ de recherche récent qui s'intéresse à l'élaboration d'approches intégrées pour réduire les vibrations tout en surveillant l'intégrité de la structure, en identifiant les éventuels dommages, et en reconfigurant la loi de commande.Cette thèse apporte une contribution au DTAC en proposant une approche originale basée sur la norme H∞ modale . Les méthodes proposées se focalisent principalement sur le cas où plusieurs actionneurs et capteurs piézoélectriques non-collocalisés sont utilisés pour atténuer les vibrations des structures endommagées. Le manuscrit comprend quatre parties principales. Le chapitre 2 présente des rappels sur la commande H∞ et sur sa solution sous optimale obtenue par une approche par inégalité matricielle ou « LMI » (Linear Matrix Inequality), sur lesquels s’appuient les développements proposés dans ce travail. Le chapitre 3 décrit la norme H∞ modale introduite pour le contrôle actif des vibrations. Cette commande présente une sélectivité modale élevée, permettant ainsi de se concentrer sur les effets du dommage tout en bénéficiant des propriétés de robustesse qu'offre la commande H∞ vis-à-vis du spillover et des variations de paramètres. Une nouvelle stratégie de rejet des vibrations est proposée au chapitre 4. C'est une approche dite préventive où une prise en compte lors de l'élaboration de la commande H∞ modale, des zones fortement contraintes de la structure, où le risque d’endommagement est élevé est réalisée. Un algorithme SHM est proposé afin d'évaluer la sévérité du dommage pour chaque mode. Le chapitre 5 propose une nouvelle approche modale à double boucle de commande pour faire face à des endommagements imprévisibles. Un premier correcteur est conçu dans ce but pour satisfaire les contraintes de performance et de robustesse sur la structure saine, tandis que le second a pour objectif de conserver un contrôle satisfaisant quand un dommage survient. La loi de commande s'appuie sur un observateur d’état et d'un algorithme SHM pour reconfigurer en ligne le correcteur. Toutes les approches DTAC proposées sont testées en utilisant des simulations (analytiques et éléments finis) et/ou des expérimentations sur des structures intelligentes. / Smart structures have increasingly become present in different industry applications and particularly in the fields of aeronautics and civil engineering. These structures have features that allow interactions with the environment, adapting their characteristics according to the needs (stiffness, damping, viscosity, etc.), monitoring their health or controlling their vibrations. Today smart structure active control methods do not respond appropriately to damage, despite the capacity of external disturbances good rejection. Damage-tolerant active control (DTAC) is a recent research area that aims to develop integrated approaches to reduce the vibrations while monitoring the integrity of the structure, identifying damage occurrence and reconfiguring the control law of the adopted active vibration control method.This thesis contributes to DTAC area, proposing a novel modal control framework and some applying strategies. Developed methods focus in non-collocated flexible structures, where multiples piezoelectric sensors and actuators are used to attenuate damaged structure vibration. The chapters present four main topics and the conclusions. Chapter 2 reviews the regular suboptimal H∞ problem and its respective solution based on the linear matrix inequality (LMI) approach, which is a fundamental tool for the development of subsequent topics. Chapter 3 introduces the modal H∞-norm based method for vibration control, which reveals high modal selectivity, allowing control energy concentration on damage effects and presenting robustness to spillover and parameter variation. A new control strategy is developed in Chapter 4, taking into account existing knowledge about the structure stressed regions with high probability of damage occurrence, leading to specific requirements in the modal H∞ controller design. A structural health monitoring (SHM) technique assesses each damaged mode behavior, which is used to design a preventive controller. Chapter 5 presents a novel modal double-loop control methodology to deal with the unpredictability of damage, nevertheless ensuring a good compromise between robustness and performance to both healthy and damaged structures. For this purpose, the first loop modal controller is designed to comply with regular requirements for the healthy structure behavior, and the second loop controller is reconfigured aiming to ensure satisfactory performance and robustness when and if damage occurs, based on a state-tracking observer and an SHM technique to adapt the controller online. In all these chapters, simulated (analytical and finite elements based) and/or experimental aluminum structures are used to examine the proposed methodology under the respective control strategies. The last chapter subsumes the achieved results for each different approach described in the previous chapters.