Orientadores: Pedro Luis Dias Peres, Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T15:25:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caun_RodrigodaPonte_M.pdf: 4443460 bytes, checksum: 6ac15ef9d40ddc0d477ba44ec10f9182 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A principal contribuição dessa dissertação é propor um método de síntese de controle preditivo por realimentação de estados para sistemas lineares discretos com parâmetros variantes no tempo e pertencentes a um politopo. As condições de síntese são formuladas usando-se funções de Lyapunov dependentes de caminho, isto é, a matriz de Lyapunov depende de maneira multi-afim dos parâmetros em seus instantes sucessivos de tempo até um instante máximo (tamanho do caminho). Essa classe de função generaliza as funções quadráticas e dependentes de maneira afim nos parâmetros. Os testes numéricos s¿ao formulados em termos de problemas de otimização baseados em desigualdades matriciais lineares, parametrizados em função do tamanho do caminho da matriz de Lyapunov, arbitrado a priori. À medida que o tamanho do caminho cresce, índices de desempenho menos conservadores são obtidos ao preço de um maior esforço computacional. Exemplos numéricos são apresentados ilustrando a eficiência do método proposto em termos do índice de desempenho e do esforço computacional demandado quando comparados com outros métodos existentes na literatura. / Abstract: The main contribution of this thesis is to propose a state-feedback model predictive control design method for discrete-time systems with time-varying parameters belonging to a polytope. The synthesis conditions are formulated using path-dependent Lyapunov functions, i.e. the Lyapunov matrix depends multi-affinely on the parameters at successive instants of time until a maximum instant (path size). This class of function generalizes quadratic and affinely parameter dependent functions. The numerical tests are provided in terms of optimization problems based on linear matrix inequalities, parametrized as a function of the path size of the Lyapunov matrix, given a priori. As the path size increases, less conservative performance indices are obtained at the price of a higher computational effort. Numerical examples are presented, illustrating the efficiency of the approach in terms of the performance index and the computational burden demanded when compared to other existing methods in the literature. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: João Bosco Ribeiro do Val / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T00:07:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calmon_AndreduPin_M.pdf: 862345 bytes, checksum: 122780715dca28ac7fa3199aa0586e7c (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho apresenta a caracterização teórica e a estratégia de controle para sistemas estocásticos em tempo discreto onde a variação da ação de controle aumenta a incerteza sobre o estado (sistemas VCAI). Este tipo de sistema possui várias aplicações práticas, como em problemas de política monetária, medicina e, de forma geral, em problemas onde um modelo dinâmico completo do sistema é complexo demais para ser conhecido. Utilizando ferramentas da análise de funções não suaves, mostra-se para um sistema VCAI multidimensional que a convexidade é uma invariante da função valor da Programação Dinâmica quando o custo por estágio é convexo. Esta estratégia indica a existência de uma região no espaço de estados onde a ação ótima de controle é de não variação (denominada região de não-variação), estando de acordo com a natureza cautelosa do controle de sistemas subdeterminados. Adicionalmente, estudou-se algoritmos para a obtenção da política ótima de controle para sistemas VCAI, com ênfase no caso mono-entrada avaliado através de uma função custo quadrática. Finalmente, os resultados obtidos foram aplicados no problema da condução da política monetária pelo Banco Central. / Abstract: This dissertation presents a theoretical framework and the control strategy for discrete-time stochastic systems for which the control variations increase state uncertainty (CVIU systems). This type of system model can be useful in many practical situations, such as in monetary policy problems, medicine and biology, and, in general, in problems for which a complete dynamic model is too complex to be feasible. The optimal control strategy for a multidimensional CVIU system associated with a convex cost functional is devised using dynamic programming and tools from nonsmooth analysis. Furthermore, this strategy points to a region in the state space in which the optimal action is of no variation (the region of no variation), as expected from the cautionary nature of controlling underdetermined systems. Numerical strategies for obtaining the optimal policy in CVIU systems were developed, with focus on the single-input input case evaluated through a quadratic cost functional. These results are illustrated through a numerical example in economics. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Pedro Luis Dias Peres, Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T06:55:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_HeberRocha_M.pdf: 2003528 bytes, checksum: 9b091e7706d78e1298bd1d0603504e7f (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta dissertação trata de um dos mais importantes problemas em aberto na teoria de controle, o projeto de controladores por realimentação estática de saída. A principal contribuição é propor um método para computar controladores robustos estáticos por realimentação de saída para sistemas lineares incertos discretos no tempo, usando um controlador por realimentação de estados como parâmetro de entrada do método. Além disso, os resultados são estendidos para tratar do projeto de controle H2 robusto por realimentação de saída. As condições de síntese são formuladas em termos de um procedimento convexo de otimização, baseado em um conjunto finito de desigualdades matriciais lineares. Exemplos numéricos são apresentados para ilustrar a eficiência dos metodos propostos quando comparados com outros métodos existentes na literatura. / Abstract: This thesis deals with one of the most important open problems in control theory, the design of static output feedback controllers. The main contribution is to propose a method to compute robust static output feedback controllers for uncertain linear discrete-time systems, using a state feedback controller as an input parameter for the method. Additionally, the results are extended to cope with H2 static output feedback control design. The synthesis conditions are formulated in terms of a convex optimization procedure, based on a finite set of linear matrix inequalities. Numerical examples are presented to illustrate the effectiveness of the proposed approach compared to other methods available in the literature. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Gilmar Barreto, Ginalber Luiz de Oliveira Serra / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T18:49:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Godoy_AndrePereirade_M.pdf: 5878897 bytes, checksum: e24b9a4ace4612b1e7cc56ccc677932f (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este estudo objetiva identificar e ajustar um modelo nebuloso (Fuzzy) para a predição de um passo a frente dos processos de acumulação de biomassa e de açúcar da cana-de-açúcar com índices de erro inferiores aos obtidos pelo modelo QCANE. Os processos fisiológicos de acumulação da cana-de-açúcar são estudados para determinação dos fatores mais influentes a serem tratados no procedimento de identificação do modelo. Algumas técnicas de identificação disponíveis são estudadas e experimentos computacionais são realizados para selecionar e avaliar a representação matemática e a estrutura de modelo mais dequadas. Durante o procedimento de identificação procura-se obter modelo com o menor número de parâmetros possível, que permita ao usuário compreender de forma mais clara o resultado da simulação do modelo. Para estes processos são apresentados resultados para modelos contínuos, modelos ARX e modelos nebulosos discretos. A opção pela utilização dos modelos nebulosos para estes processos deve-se a expectativa confirmada de que esta estrutura matemática obtivesse um melhor desempenho nas predições utilizando uma quantidade reduzida de parâmetros. Os resultados computacionais indicam a obtenção de respostas mais precisas e exatas para os modelos nebulosos do que para o modelo QCANE, tido como o modelo mais preciso da literatura para estimação de acumulação de biomassa e de açúcar na cana-de-açúcar, em todos os aspectos desejados para este trabalho / Abstract: The aim of this master thesis is to identify and adjust a fuzzy model for the one step ahead prediction of the process of biomass and sugar accumulation of the sugarcane with a level of errors inferior to those gotten by the QCANE model. The physiological processes of accumulation in sugar cane are studied for determination of the most influent factors to be dealt within the procedure of model identification. Some available identification techniques are studied and computer experiments are done to select and evaluate the mathematical representation and the structure of a more suitable model. During the process of identification, the search is for a model with a smaller number of parameters, that allows the user to understand in a simple, clear way, the result of the simulation of the model. To these processes results for continuous, ARX and discrete fuzzy models are presented. The option for the use of the fuzzy model for these processes is due to confirmation of the expectation that this mathematical structure could have a better performance in the prediction using a reduced amount of parameters. The computer results indicate the obtention of more accurate and precise answers to the fuzzy models than to the QCANE model considered the most precise model from the literature in biomass and sugar accumulation of the sugar cane estimation according to all the aspects set for this work / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Neste trabalho estudamos as noções de alcançabilidade e controlabilidade para sistemas lineares a tempo contínuo com perturbações aditivas e saltos nos parâmetros sujeitos a uma cadeia de Markov geral. Definimos conceitos de alcançabilidade e controlabilidade médios de maneira natural exigindo que os valores esperados dos gramianos correspondentes sejam definidos positivos. Visando obter uma condição testável para ambos os conceitos, introduzimos conjuntos de matrizes de alcançabilidade e de controlabilidade para esta classe de sistemas e usamos certas propriedades de invariância para mostrar que: o sistema é alcançável em média, e, analogamente, controlável em média, se e somente se as matrizes respectivas, de alcançabilidade e de controlabilidade, têm posto completo. Usamos alcançabilidade média de sistemas para mostrar que a matriz de segundo momento do estado é definida positiva com uma margem uniforme. Uma consequência deste resultado no problema de estimação linear do estado é que a matriz de covariância do erro de estimação é positiva definida em média, no sentido que existe um nível mínimo de ruído nas estimativas. Na sequência, para estimadores lineares markovianos, estudamos a limitação do valor esperado da matriz de covariância do erro para mostrar que o filtro é estável num certo sentido, sendo esta uma propriedade desejável em aplicações reais. Quanto às aplicações da controlabilidade média, usamos este conceito para estabelecer condições necessárias e suficientes que garantem a existência de um processo de controle que leva a componente contínua do estado do sistema para a origem em tempo finito e com probabilidade positiva. / In this work we study the reachability and controllability notions for continuous-time linear systems with exogenous inputs and jump parameters driven by a quite general Markov chain. We define a rather natural average reachability and controllability concepts by requiring that the associated gramians are average positive definite, respectively. Aiming at testable conditions for each concept, we introduce certain sets of matrices linked with the gramians, and employ some invariance properties to find rank-based conditions. We show for average reachable systems that the state second moment is positive definite. One consequence of this result in the context of linear estimation for reachable systems is that the expectation of the error covariance matrix is positive definite. Moreover, for linear markovian filters we study the average boundedness of the error covariance matrix to show that the filter is stable in an appropriate sense, which consists in a property that is desirable in real applications. Regarding the average controllability concept, we show that it is a necessary and sufficient condition for the feasibility of the following control problem: find a control process that drives the continuous component of the state to zero in finite time with positive probability.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-05-07T13:34:15Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carmencita Ferreira Silva Assis - 2014.pdf: 1032992 bytes, checksum: dcfbc22b53a2352c6e65a7615ffb72b5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-05-07T13:40:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carmencita Ferreira Silva Assis - 2014.pdf: 1032992 bytes, checksum: dcfbc22b53a2352c6e65a7615ffb72b5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-07T13:40:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Carmencita Ferreira Silva Assis - 2014.pdf: 1032992 bytes, checksum: dcfbc22b53a2352c6e65a7615ffb72b5 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work aims to present te hniques for solving systems of linear equations, in its traditional formulation, where it sought to explore the referen es ommonly used in ourses in linear algebra and numeri al omputation, fo using on the dire t methods of Gauss elimination and LU fa torization. Troubleshooters established in the literature are ondu ted, in order to illustrate the operation and appli ation of su h methods to real problems, thus highlighting the possibility of inserting them in high s hool. The ontents were treated and exposed so that exemplify the diversity of areas in luding linear systems, su h as engineering, e onomi s and biology, showing the gains that an be a hieved by students if they have onta t with the methods as soon as possible. At the end we suggest the use of omputational resour es in math lasses, sin e the redu tion of time spent in algebrai manipulation will allow the tea her to deepen the on epts and to address larger systems, to enhan e the resolution perspe tive, and motivate the student in the learning pro ess. / Este trabalho tem por objetivo apresentar té ni as de resolução de sistemas de equações lineares, em sua formulação tradi ional, onde se bus ou explorar as referên ias usualmente utilizadas em ursos de álgebra linear e ál ulo numéri o, enfo ando os métodos diretos de Eliminação de Gauss e Fatoração LU. Resoluções de problemas onsolidados na literatura são realizadas, om a nalidade de ilustrar o fun ionamento e apli ação de tais métodos em problemas reais, desta ando assim a possibilidade de inserção dos mesmos no Ensino Médio. Os onteúdos foram tratados e expostos de modo que exempli quem a diversidade de áreas que abrangem os sistemas lineares, tais omo engenharia, e onomia e biologia, mostrando os ganhos que podem ser al ançados pelos alunos, se tiverem ontato om os métodos o quanto antes. Ao nal sugere- se a utilização de re ursos omputa ionais nas aulas de matemáti a, uma vez que a redução do tempo empregado na manipulação algébri a permitirá que o professor possa aprofundar os on eitos e abordar sistemas de maior porte, que ampliem a perspe tiva de resolução, além de motivar o aluno no pro esso de aprendizagem.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-05T14:28:50Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ademir Alves Aguiar - 2014.pdf: 1975016 bytes, checksum: 31320b5840b8b149afedc97d0e02b49b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2015-03-06T10:38:03Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ademir Alves Aguiar - 2014.pdf: 1975016 bytes, checksum: 31320b5840b8b149afedc97d0e02b49b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-06T10:38:03Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Ademir Alves Aguiar - 2014.pdf: 1975016 bytes, checksum: 31320b5840b8b149afedc97d0e02b49b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-12-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In this dissertation we present a semi-local convergence analysis for the Gauss-Newton method to solve a special class of systems of non-linear equations, under the hypothesis that the derivative of the non-linear operator satisfies a majorant condition. The proofs and conditions of convergence presented in this work are simplified by using a simple majorant condition. Another tool of demonstration that simplifies our study is to identify regions where the iteration of Gauss-Newton is “well-defined”. Moreover, special cases of the general theory are presented as applications. / Nesta dissertação apresentamos uma análise de convergência semi-local do método de Gauss-Newton para resolver uma classe especial de sistemas de equações não-lineares, sob a hipótese que a derivada do operador não-linear satisfaz uma condição majorante. As demonstrações e condições de convergência apresentadas neste trabalho são simplificadas pelo uso de uma simples condição majorante. Outra ferramenta de demonstração que simplifica o nosso estudo é a identificação de regiões onde a iteração de Gauss-Newton está “bem-definida”. Além disso, casos especiais da teoria geral são apresentados como aplicações.

Neste trabalho, é apresentada uma análise de estabilidade linear para um sistema flowline-riser. O modelo utiliza as equações de continuidade para as fases líquidas e gasosas e uma equação de momento para a mistura onde são considerados os efeitos de atrito. A mistura água-óleo é modelada de forma homogênea. Para a determinação da fração de vazio, adota-se o modelo de fluxo de deriva, baseado em várias correlações drift. Se o escoamento é estratificado a fração de vazio é modelada através do modelo de equilíbrio local de Taitel e Dukler (1976). Para a caracterização dos fluidos é adotado um modelo de equilíbrio de fase black-oil onde a transferência de massa é considerada entre as correntes óleo e gás em função das condições locais de pressão e temperatura. É considerada a abordagem de parâmetros distribuídos, onde diversas geometrias com discretização variável podem ser consideradas tais como riser em catenária e riser lazy wave. Para realizar a análise de estabilidade linear, as equações do modelo são linearizadas em torno do estado estacionário e discretizadas pelo método das diferenças finitas, onde foi utilizado um programa escrito em Matlab. A partir do sistema linearizado, é avaliada a estabilidade do estado estacionário pelas raízes do polinômio característico, que são solução do problema de autovalores e autovetores. É avaliada a convergência numérica do modelo e mapas de estabilidade são apresentados para vários sistemas de produção de petróleo. Os resultados obtidos numericamente são comparados com pontos operacionais de sistemas reais de produção de petróleo. Observou-se que o modelo convergiu para todos os casos avaliados e apresentou ótima concordância com os dados de campo. / This work presents a linear stability analysis for a flowline-riser system. The model considers continuity equations for the liquid and gas phases, and a momentum equation for the mixture that accounts for friction effects. The water-oil mixture is modeled as being homogeneous. The void fraction is determined by using the drift-flux model based on several drift correlations. For stratified flow, the void fraction is expressed by the local equilibrium model of Taitel and Dukler (1976). Fluid characterization uses a black-oil model that considers mass transfer between the oil and gas flows as a function of the local pressure and temperature conditions. In the proposed approach with distributed parameters, several geometries with variable discretization can be considered, such as catenary and lazy wave risers. To perform the linear stability analysis, the equations of the model are linearized around the stationary state and discretized using the finite difference method, implemented using custom-written code in Matlab. From the linearized system, the stability of the steady state is evaluated by computing the roots of the characteristic polynomial equation of the eigenvalues and eigenvectors problem. Convergence of the numerical model is evaluated and stability maps for several oil production systems were presented. Numerical results were compared with the actual measurements of oil production systems. The model converged in all cases tested and presented an excellent agreement with field data.

Este trabalho propõe uma metodologia de identificação para sistemas lineares sujeitos a saltos markovianos. Dada uma sequência de observações ruidosas da variável de estados, busca-se estimá-la juntamente com os parâmetros (desconhecidos) que descrevem o sistema dinâmico no espaço de estados. Como é bem conhecido, a ltragem ótima nesta classe de sistemas tem requisitos computacionais exponencialmente crescentes em função do tamanho da amostra, e torna-se inviável na prática. Recorre-se, portanto, a um algoritmo sub-ótimo de ltragem, cujos resultados são utilizados na identificação por máxima verossimilhança segundo a metodologia apresentada. Simulações realizadas mostram boa convergência. / This paper proposes a methodology for the identification of Markov-jump linear systems. Given a sequence of noisy observations of the state variable, our objective is to estimate it along with the (unknown) parameters that drive the system in the state-space. As it is well known, the optimal ltering in this class of systems requires exponentially increasing computing power, in proportion to the sample size, and is not feasible in practice. We resort, therefore, to a sub-optimal algorithm, whose results are used for a maximum likelihood identification according to the methodology presented here. Simulations show a good convergence.

É notório que o emprego de unidades de processamento gráfico (GPU) pode acelerar significativamente métodos numéricos de aplicações científicas. Para suportar essa nova tecnologia, é necessário que programas sejam readaptados, exigindo flexibilidade do código. Nesse trabalho, é apresentada a arquitetura de um programa de elementos finitos (MEF) para a análise de estruturas, com suporte ao processamento em GPU. A orientação a objetos é usada para guiar o desenvolvimento e modelar o código em uma estrutura flexível. A escalabilidade do programa é dada pela extensão de suas funcionalidades através de componentes carregados em tempo de execução. Para ilustrar a robustez do código, o software é aplicado para o estudo de dinâmica estrutural, considerando aspectos complexos de não linearidade de material (plasticidade) e geometria (grandes deslocamentos). A acurácia do código é verificada através da comparação com problemas conhecidos da literatura e com as soluções MEF comerciais (ABAQUS). As comparações mostraram uma boa concordância nos resultados. O speedup da GPU é analisado em relação aos tempos de CPU do próprio programa, sendo observado ganhos de desempenho de até 10 vezes. / It has been recognized that the adoption of graphics processing units (GPU) can significantly boost numerical methods in scientific applications. In order to support such technology, it is necessary to readapt the program, which requires code flexibility. In this work, it is presented the architecture of a finite element (FEM) analysis program for structural analysis with GPU support. Object-oriented design is used to guide development and to build code into a flexible structure. Program scalability is achieved by extensibility of its features, provided by run-time loaded components. In order to demonstrate code robustness, the software is directed to the study of structural dynamics, considering complex non-linear aspects of material (plasticity) and geometry (large displacements). Code accuracy is checked by comparing with known literature problems and with commercial solver packages (ABAQUS). The comparison shows good agreement in the results. The GPU code speedup is analysed against timings of CPU program code, where it is observed performance gain up to 10 times.