Cette thèse vise à concevoir des estimateurs non-asymptotiques et robustes pour les systèmes linéaires d’ordre fractionnaire dans un environnement bruité. Elle traite une classe des systèmes linéaires d’ordre fractionnaire modélisée par la dite pseudo représentation d’état avec des conditions initiales inconnues. Elle suppose également que les systèmes étudiés ici peuvent être transformés sous la forme canonique de Brunovsky. Pour estimer le pseudo-état, la forme précédente est transformée en une équation différentielle linéaire d’ordre fractionnaire en prenant en compte les valeurs initiales des dérivées fractionnaires séquentielles de la sortie. Ensuite, en utilisant la méthode des fonctions modulatrices, les valeurs initiales précédentes et les dérivées fractionnaires avec des ordres commensurables de la sortie sont données par des formules algébriques avec des intégrales à l’aide d’une méthode récursive. Ainsi, ces formules sont utilisés pour calculer le pseudo-état dans le cas continu sans bruit. En outre, elle fournit un algorithme pour construire les fonctions modulatrices requises à l’accomplissement de l’estimation. Deuxièmement, inspiré par la méthode des fonctions modulatrices développée pour l’estimation de pseudo-état, cette méthode algébrique basée sur un opérateur est introduite pour estimer la dérivée fractionnée avec un ordre arbitraire fractionnaire de la sortie pour les systèmes considérés. Cet opérateur sert à annuler les valeurs initiales non désirées, puis permet d’estimer la dérivée fractionnaire souhaitée par une nouvelle formule algébrique à l’aide d’une méthode récursive. Troisièmement, l’estimateur du pseudo-état et le différenciateur d’ordre fractionnaire obtenus précédemment sont étudiés respectivement dans le cas discret et bruité. Chacun d’entre eux contient une erreur numérique due à la méthode d’intégration numérique utilisée et au bruit. En particulier, elle fournit une analyse pour diminuer la contribution du bruit au moyen d’une d’erreur bornée qui permet de sélectionner les degrés optimaux des fonctions de modulation à chaque instant. Ensuite, des exemples numériques sont donnés pour mettre en évidence la précision, la robustesse et la propriété non-asymptotique des estimateurs proposés. En outre, les comparaisons avec certaines méthodes existantes et avec un nouvel observateur d’ordre fractionnaire de typeH1sont montrées. Enfin, elle donne des conclusions / This thesis aims to design non-asymptotic and robust estimators for a class of fractional order linear systems in noisy environment. It deals with a class of commensurate fractional order linear systems modeled by the so-called pseudo-state space representation with unknown initial conditions. It also assumed that linear systems under study can be transformed into the Brunovsky’s observable canonical form. Firstly, the pseudo-state of the considered systems is estimated. For this purpose, the Brunovsky’s observable canonical form is transformed into a fractional order linear differential equation involving the initial values of the fractional sequential derivatives of the output. Then, using the modulating functions method, the former initial values and the fractional derivatives with commensurate orders of the output are given by algebraic integral formulae in a recursive way. Thereby, they are used to calculate the pseudo-state in the continuous noise-free case. Moreover, to perform this estimation, it provides an algorithm to build the required modulating functions. Secondly, inspired by the modulating functions method developed for pseudo-state estimation, an operator based algebraic method is introduced to estimate the fractional derivative with an arbitrary fractional order of the output. This operator is applied to cancel the former initial values and then enables to estimate the desired fractional derivative by a new algebraic formula using a recursive way. Thirdly, the pseudo-state estimator and the fractional order differentiator are studied in discrete noisy case. Each of them contains a numerical error due to the used numerical integration method, and the noise error contribution due to a class of stochastic processes. In particular, it provides ananalysis to decrease noise contribution by means of an error bound that enables to select the optimal degrees of the modulating functions at each instant. Then, several numerical examples are given to highlight the accuracy, the robustness and the non-asymptotic property of the proposed estimators. Moreover, the comparisons to some existing methods and a new fractional orderH1-like observer are shown. Finally, conclusions are outlined with some perspectives

Este estudo descreve momentos da investigação de um trabalho aplicado em uma turma de uma escola da rede privada de ensino de Florianópolis. Aborda o estudo dos Sistemas de Equações Lineares de Duas Variáveis no Ensino Fundamental. Apresenta uma revisão do conteúdo na forma como se encontra nos livros didáticos, seguido da aplicação de uma sequência didática que inverte a forma de se trabalhar o conteúdo, dando enfoque geométrico para a solução dos sistemas de equações. A fundamentação teórica foi baseada nas Representações Semióticas e no uso de Tecnologias na Educação, acreditando, por meio da teoria de Duval, que a chave para o aprendizado do objeto matemático está nas conversões. Para o desenvolvimento dessa sequência, fez-se uso do software livre Geogebra. Finaliza com as considerações sobre os resultados obtidos com a aplicação da sequência didática proposta nesse trabalho. Apresenta Apêndice com o produto final, sugerindo que outros professores façam uso da mesma para o ensino desse conteúdo. / This study describes the stages of the research work applied to a class in a private school education in Florianopolis. Approaches the study of Systems of Linear Equations in Two Variables in Elementary Education. Presents a review of the content in the way it is in textbooks, followed by the application of an instructional sequence that reverses the way to work content, giving geometric approach to solving systems of equations. The theoretical framework was based on representations Semiotics and the use of technology in education, believing, through the theory of Duval, the key to learning the mathematical object is in conversions. For the development of this sequence, made use of free software Geogebra. Concludes with considerations about the results obtained from the application of instructional sequence proposed in this work. Appendix presents with the final product, suggesting that other teachers make use of it for teaching that content.

Dans ce travail, on s'intéresse aux problèmes de localisation et de classification des capteurs pour des propriétés de commande et d'observation de systèmes dynamiques. Lorsqu'une propriété considérée du système n'est pas vérifiée avec l'ensemble des capteurs initiaux, on cherche à implanter de nouveaux capteurs pour rendre cette propriété vraie. Lorsqu'une propriété du système est vérifiée avec l'ensemble des capteurs existants, on classe ces capteurs en différentes catégories en fonction de leur importance pour la préservation de cette propriété. On détermine les capteurs essentiels dont la défaillance fait perdre la propriété considérée et les capteurs inutiles qui peuvent tomber en panne sans aucun impact sur la propriété. Pour étudier ces deux problèmes, on utilise l'approche des systèmes linéaires structurés avec les graphes orientés associés. Les systèmes linéaires structurés sont une classe particulière de systèmes linéaires où les éléments des matrices d'état sont soit fixés à zéro soit des paramètres libres. Avec cette approche structurée, on étudie les problèmes de localisation et de classification des capteurs pour le rejet de perturbation par retour de mesure et la détection et localisation de défauts. Les résultats sont représentés en termes graphiques. Mots-Clés:Systèmes linéaires structurés ; Analyse structurelle ; Localisation de capteurs ; Classification de capteurs ; Rejet de perturbation; Détection et localisation de défaut. / In this work, we are interested in sensor location and classification problems for control and observation of dynamical systems. When a considered property of the system is not satisfied with the initial set of sensors, we seek to implement additional sensors to make this property true. When a property is satisfied with the existing sensors, these sensors are classified into different categories according to their importance for the preservation of this property. We determine the critical sensors whose failure implies the property loss and the useless sensors which can fail without impact on the property. To study these two problems, we use the structured system approach with the associated directed graphs. Structured linear systems are a particular class of linear systems where the elements of state matrices are either zero or free parameters. With this approach, we study the problems of location and classification of sensors for disturbance rejection by measurement feedback and fault detection and isolation. The results are given in graphic terms. Keywords: Structured linear systems ; Structural analysis ; Sensor location ; Sensor classification; Disturbance rejection ; Fault detection and isolation.

Submitted by Bruna Rodrigues (bruna92rodrigues@yahoo.com.br) on 2016-09-14T11:48:45Z No. of bitstreams: 1 DissMCM.pdf: 4167196 bytes, checksum: 2c2cab88912171633575dbfd411acd9d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:04:39Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMCM.pdf: 4167196 bytes, checksum: 2c2cab88912171633575dbfd411acd9d (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-09-15T13:04:47Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissMCM.pdf: 4167196 bytes, checksum: 2c2cab88912171633575dbfd411acd9d (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-15T13:04:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissMCM.pdf: 4167196 bytes, checksum: 2c2cab88912171633575dbfd411acd9d (MD5) Previous issue date: 2015-08-21 / Não recebi financiamento / The main objective of this work is to make students understand the mathematical foundations for the operation of Global Positioning System (GPS). The research was done in a school in the state of São Paulo with students of the second year of high school and the analysis was done in a qualitative as well as quantitative manner. Two sheets of directed activities, were used so students were induced to understand what happens at the intersection of spherical surfaces and this was carried out in three stages. During the first activity, students reviewed the circles of intersection of ideas, both geometrically and algebraically. In the second activity, these ideas were enlarged to spheres. The operation of the GPS was exposed in the activity three using PowerPoint slides, so goal that students learned a little about the history of the GPS creation and its operation, and the central theorem of this work: "If four spherical surfaces intersect and their centers are not coplanar, then this intersection is a single point." The Didactic Engineering was the methodology used for the survey. The result indicates that although many students present difficulties during the activities, everyone understood the mathematical principles behind the GPS operation. / O principal objetivo desse trabalho é fazer com que os alunos entendam os fundamentos matemáticos para o funcionamento do Sistema de Posicionamento Global (GPS). A pesquisa foi feita numa escola no interior do Estado de São Paulo, com alunos do 2o ano do Ensino Médio e a análise dos resultados foi feita de maneira qualitativa e também quantitativa. Por meio de duas folhas de atividades dirigidas, os alunos foram induzidos a entenderem o que acontece na intersecção de superfícies esféricas. Durante a primeira atividade, os alunos revisaram as ideias de intersecção de circunferências, tanto geometricamente como algebricamente. Na segunda atividade, estas ideias foram extrapoladas para esferas. O funcionamento do GPS foi exposto na atividade três, por meio de slides em Power Point, com o objetivo de que os alunos aprendessem um pouco sobre a história da criação do GPS, do seu funcionamento e sobre o teorema central desse trabalho: “Se quatro superfícies esféricas se intersectam e seus centros são não coplanares, então essa intersecção consiste de um único ponto”. A Engenharia Didática foi a metodologia utilizada para a pesquisa. O resultado final indica que, apesar de muitos alunos apresentarem dificuldades durante as atividades, todos entenderam os princípios matemáticos por trás do funcionamento do GPS.

Orientador: Luci Any Francisco Roberto / Coorientador: Claudio Aguinaldo Buzzi / Banca: Ana Cristina Mereu / Banca: Claudio Gomes Pessoa / Resumo: Neste trabalho temos como objetivo estudar o número e a distribuição de ciclos limites em sistemas diferenciais lineares por partes. Em particular estudamos o número de ciclos limites do sistema diferencial linear por partes planar ˙x = −y − ε φ ( x) , ˙y = x, onde ε 6= 0 é um parâmetro pequeno e φ é uma função periódica linear por partes ímpar de período 4 . Provamos que dado um inteiro arbitário positivo n, o sistema acima possui exatamente n ciclos limites na faixa |x| ≤ 2 (n + 1 ). Consequentemente, existem sistemas diferenciais lineares por partes contendo uma infinidade de ciclos limites no plano real. Inicialmente obtemos uma quota inferior par a o número destes ciclos limites na faixa | x| ≤ 2 (n + 1 ) via Teoria do Averaging . Em seguida , utilizando a Teoria de Campos de Vetores Rodados, verificamos que o sistema acima tem exatamente n ciclos limites na faixa | x| ≤ 2 (n + 1 ) / Abstract: The main goal of this work aim to study the number and distribution of limit cycles in piecewise linear differential systems. In particular we consider the planar piecewise linear differential system ˙x = −y − ε φ ( x) , ˙y = x, where ε 6= 0 is a small parameter and φ is an odd piecewise linear periodic function of period 4 . We prove that given an arbitrary positive integer n, the system above has exactly n limit cycles in the strip | x| ≤ 2 (n + 1 ) . Consequently, there are piecewise differential systems containing an infinite number of limit cycles in the real plane. First we get a lower bound on the number of limit cycles in the strip |x| ≤ 2 (n + 1 ) via Averaging Theory. In the following , using the Theory of Rotated Vector Fields, we see that above system has exactly n limit cycles in the strip | x| ≤ 2 (n + 1 ) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RoqueMPT.pdf: 833646 bytes, checksum: 1c8b5455eaf6d2afeefcb65452d2b589 (MD5) Previous issue date: 2009-06-05 / This work deals with a mathematical fundament for digital signal processing under point view of interval mathematics. Intend treat the open problem of precision and repesention of data in digital systems, with a intertval version of signals representation. Signals processing is a rich and complex area, therefore, this work makes a cutting with focus in systems linear invariant in the time. A vast literature in the area exists, but, some concepts in interval mathematics need to be redefined or to be elaborated for the construction of a solid theory of interval signal processing. We will construct a basic fundaments for signal processing in the interval version, such as basic properties linearity, stability, causality, a version to intervalar of linear systems e its properties. They will be presented interval versions of the convolution and the Z-transform. Will be made analysis of convergences of systems using interval Z-transform , a essentially interval distance, interval complex numbers , application in a interval filter. / Este trabalho explora uma fundamenta??o matem?tica, para o processamento digital de sinais sob uma ?ptica da matem?tica intervalar. Pretende explorar o problema aberto de precis?o e de representa??o de dados em sistemas digitais, trabalhando com uma vers?o intervalar de representa??o de sinais. Processamento de sinais ? uma ?rea muito ricae complexa, por isso, faremos um recorte e focaremos em sistemas lineares invariantes no tempo. Existe uma vasta literatura na ?rea, mas mesmo assim, ainda existe alguns conceitos na matem?tica intervalar que precisam ser redefinidos ou elaborados para a constru??o de uma teoria s?lida de processamento de sinais intervalares. Construiremos os fundamentos b?sicos para processamentos de sinais na vers?o intervalar, tais como as propriedades b?sicas linearidade, estabilidade, causalidade, uma vers?o intervalar de sistemas lineares e suas propriedades. Ser?o apresentadas vers?es intervalares da convolu??o e da transformada-Z. Ser? feita an?lise de converg?ncias de sistemas usando a transformada-Z intervalar, uma dist?ncia essencialmente intervalar, n?meros complexos intervalares, aplica??o em um filtro intervalar.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GilbertAS.pdf: 1277715 bytes, checksum: 3b153a974c1126fd952ab56f37f36280 (MD5) Previous issue date: 2005-01-28 / Este trabalho prop?e um ambiente computacional aplicado ao ensino de sistemas de controle, denominado de ModSym. O software implementa uma interface gr?fica para a modelagem de sistemas f?sicos lineares e mostra, passo a passo, o processamento necess?rio ? obten??o de modelos matem?ticos para esses sistemas. Um sistema f?sico pode ser representado, no software, de tr?s formas diferentes. O sistema pode ser representado por um diagrama gr?fico a partir de elementos dos dom?nios el?trico, mec?nico translacional, mec?nico rotacional e hidr?ulico. Pode tamb?m ser representado a partir de grafos de liga??o ou de diagramas de fluxo de sinal. Uma vez representado o sistema, o ModSym possibilita o c?lculo de fun??es de transfer?ncia do sistema na forma simb?lica, utilizando a regra de Mason. O software calcula tamb?m fun??es de transfer?ncia na forma num?rica e fun??es de sensibilidade param?trica. O trabalho prop?e ainda um algoritmo para obter o diagrama de fluxo de sinal de um sistema f?sico baseado no seu grafo de liga??o. Este algoritmo e a metodologia de an?lise de sistemas conhecida por Network Method permitiram a utiliza??o da regra de Mason no c?lculo de fun??es de transfer?ncia dos sistemas modelados no software

Este estudo descreve momentos da investigação de um trabalho aplicado em uma turma de uma escola da rede privada de ensino de Florianópolis. Aborda o estudo dos Sistemas de Equações Lineares de Duas Variáveis no Ensino Fundamental. Apresenta uma revisão do conteúdo na forma como se encontra nos livros didáticos, seguido da aplicação de uma sequência didática que inverte a forma de se trabalhar o conteúdo, dando enfoque geométrico para a solução dos sistemas de equações. A fundamentação teórica foi baseada nas Representações Semióticas e no uso de Tecnologias na Educação, acreditando, por meio da teoria de Duval, que a chave para o aprendizado do objeto matemático está nas conversões. Para o desenvolvimento dessa sequência, fez-se uso do software livre Geogebra. Finaliza com as considerações sobre os resultados obtidos com a aplicação da sequência didática proposta nesse trabalho. Apresenta Apêndice com o produto final, sugerindo que outros professores façam uso da mesma para o ensino desse conteúdo. / This study describes the stages of the research work applied to a class in a private school education in Florianopolis. Approaches the study of Systems of Linear Equations in Two Variables in Elementary Education. Presents a review of the content in the way it is in textbooks, followed by the application of an instructional sequence that reverses the way to work content, giving geometric approach to solving systems of equations. The theoretical framework was based on representations Semiotics and the use of technology in education, believing, through the theory of Duval, the key to learning the mathematical object is in conversions. For the development of this sequence, made use of free software Geogebra. Concludes with considerations about the results obtained from the application of instructional sequence proposed in this work. Appendix presents with the final product, suggesting that other teachers make use of it for teaching that content.

In this work we study the stochastic optimal control problem of discrete-time linear systems subject to Markov jumps and multiplicative noises. We consider the multiperiod and finite time horizon optimization of a mean-variance cost function under a new criterion. In this new problem, we apply a constraint on the total output variance weighted by its risk parameter while maximizing the expected output. The optimal control law is obtained from a set of interconnected Riccati difference equations, extending previous results in the literature. The application of our results is exemplified by numerical simulations of a portfolio of stocks and a risk-free asset. / Neste trabalho, estudamos o problema do controle ótimo estocástico de sistemas lineares em tempo discreto sujeitos a saltos Markovianos e ruídos multiplicativos. Consideramos a otimização multiperíodo, com horizonte de tempo finito, de um funcional da média-variância sob um novo critério. Neste novo problema, maximizamos o valor esperado da saída do sistema ao mesmo tempo em que limitamos a sua variância total ponderada pelo seu parâmetro de risco. A lei de controle ótima é obtida através de um conjunto de equações de diferenças de Riccati interconectadas, estendendo resultados anteriores da literatura. São apresentadas simulações numéricas para uma carteira de investimentos com ações e um ativo de risco para exemplificarmos a aplicação de nossos resultados.

This thesis deals with discrete-time Markov jump linear systems (MJLS) with Markov chain in a general Borel space S. Several control issues have been addressed for this class of dynamic systems, including stochastic stability (SS), linear quadratic (LQ) optimal control synthesis, fllter design and a separation principle. Necessary and sffcient conditions for SS have been derived. It was shown that SS is equivalent to the spectral radius of an operator being less than 1 or to the existence of a solution to a \\Lyapunov-like\" equation. Based on the SS concept, the finite- and infinite-horizon LQ optimal control problems were tackled. The solution to the finite- (infinite-)horizon LQ optimal control problem was derived from the associated control S-coupled Riccati difference (algebraic) equations. By S-coupled it is meant that the equations are coupled via an integral over a transition probability kernel having a density with respect to a in-finite measure on the Borel space S. The design of linear Markov jump filters was analyzed and a solution to the finite- (infinite-)horizon filtering problem was obtained based on the associated filtering S-coupled Riccati difference (algebraic) equations. Conditions for the existence and uniqueness of a stabilizing positive semi-definite solution to the control and filtering S-coupled algebraic Riccati equations have also been derived. Finally a separation principle for discrete-time MJLS with Markov chain in a general state space was obtained. It was shown that the optimal controller for a partial information optimal control problem separates the partial information control problem into two problems, one associated with a filtering problem and the other associated with an optimal control problem with complete information. It is expected that the results obtained in this thesis may motivate further research on discrete-time MJLS with Markov chain in a general state space. / Esta tese trata de sistemas lineares com saltos markovianos (MJLS) a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço geral de Borel S. Vários problemas de controle foram abordados para esta classe de sistemas dinâmicos, incluindo estabilidade estocástica (SS), síntese de controle ótimo linear quadrático (LQ), projeto de filtros e um princípio da separação. Condições necessárias e suficientes para a SS foram obtidas. Foi demonstrado que SS é equivalente ao raio espectral de um operador ser menor que 1 ou à existência de uma solução para uma equação de Lyapunov. Os problemas de controle ótimo a horizonte finito e infinito foram abordados com base no conceito de SS. A solução para o problema de controle ótimo LQ a horizonte finito (infinito) foi obtida a partir das associadas equações a diferenças (algébricas) de Riccati S-acopladas de controle. Por S-acopladas entende-se que as equações são acopladas por uma integral sobre o kernel estocástico com densidade de transição em relação a uma medida in-finita no espaço de Borel S. O projeto de filtros lineares markovianos foi analisado e uma solução para o problema da filtragem a horizonte finito (infinito) foi obtida com base nas associadas equações a diferenças (algébricas) de Riccati S-acopladas de filtragem. Condições para a existência e unicidade de uma solução positiva semi-definida e estabilizável para as equações algébricas de Riccati S-acopladas associadas aos problemas de controle e filtragem também foram obtidas. Por último, foi estabelecido um princípio da separação para MJLS a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço de estados geral. Foi demonstrado que o controlador ótimo para um problema de controle ótimo com informação parcial separa o problema de controle com informação parcial em dois problemas, um deles associado a um problema de filtragem e o outro associado a um problema de controle ótimo com informação completa. Espera-se que os resultados obtidos nesta tese possam motivar futuras pesquisas sobre MJLS a tempo discreto com cadeia de Markov em um espaço de estados geral.