Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-22T15:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 225940.pdf: 1864403 bytes, checksum: 60816e08c997618563ef3146bfd46c07 (MD5) / Esta tese trata do problema de controle robusto de sistemas não lineares em relação a variações de parâmetros e/ou incertezas de modelo não estruturadas. Na concepção do controlador não linear robusto aqui proposto, são usadas técnicas de síntese linear H-infinito combinadas à linearização por realimentação robusta. Com esta linearização por realimentação particular, o sistema não linear é transformado em sua aproximação linear em torno de um ponto de operação. A seguir, o controlador linear para este sistema linearizado é obtido pelo método de síntese H-infinito de McFarlane-Glover com loop-shaping, o que permite definir as características de robustez e desempenho desejadas. A estabilidade robusta local do controlador não linear robusto assim definido é demonstrada teoricamente. Além disso, este controlador é avaliado em uma aplicação, a suspensão magnética com 4 pólos, na qual é feita uma comparação com dois outros métodos, e as suas vantagens são destacadas. Como o controlador proposto é restrito aos sistemas cujo estado é conhecido, uma maneira de estendê-lo a outros sistemas, através do uso de observadores de estado, é estudada. O controlador não linear robusto associado a observadores é avaliado em uma aplicação, a suspensão magnética com 1 pólo.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Física. / Made available in DSpace on 2012-10-22T20:27:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 246997.pdf: 21549442 bytes, checksum: 5308e8a08fc0e009bcb53bf68006652e (MD5) / Este trabalho descreve os conceitos e métodos utilizados no desenvolvimento do módulo de física de um sistema de planejamento de radiocirurgias estereotáxicas de cabeça utilizando colimadores cônicos adaptados a aceleradores lineares. A determinação das doses fundamenta-se em dois conjuntos básicos de informação: (a) os padrões de deposição de dose de cada cone, obtidos através de dosimetria do feixe com detectores posicionados em locais selecionados em um simulador de água ou material dosimetricamente equivalente e (b) geometria detalhada e precisa do paciente, obtida através da construção de um modelo anatômico tridimensional a partir de estudos tomográficos realizados com um sistema de referência estereotáxico fixado à cabeça do paciente. O módulo de física implementa métodos para construção de mapas de dose a partir da informação dosimétrica, detecção do contorno da cabeça do paciente, integração da dose depositada por arcos radiocirúrgicos definidos pelo movimento da mesa e do cabeçote do acelerador, visualização das curvas de isodose sobre cortes tomográficos, cálculo e visualização de histogramas dose-volume e emissão de relatório com os parâmetros de irradiação para cada arco (incluindo as unidades de monitor calculadas). Planejamentos realizados com o sistema desenvolvido foram comparados a planejamentos obtidos com um sistema em uso clínico há vários anos, com resultados praticamente idênticos. O trabalho apresenta ainda uma introdução sobre radiocirurgias estereotáxicas e um apêndice com conceitos básicos de interação da radiação com a matéria, numa tentativa de contribuir para o preenchimento da lacuna existente no que se refere a textos em português sobre o tema.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química / Made available in DSpace on 2012-10-22T22:56:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 229614.pdf: 1314542 bytes, checksum: 0d7589fe60f5e588a50b5920d9480def (MD5) / O objetivo deste trabalho é estimar, indiretamente, a vazão de escoamento em tubulações, tanto em estado estacionário quanto em transientes, que são comuns em processos de fluxo de fluidos em tubulações. A idéia é utilizar medidas de pressão nos extremos do duto, que sempre são disponíveis e mais confiáveis que as medidas de vazão, e utilizar informação das válvulas localizadas nos extremos como medidores de vazão baseados em pressão diferencial de orifício variável. Isso pode ser feito a partir da informação de abertura das válvulas. Desta forma, é possível quantificar a vazão com o conhecimento prévio da abertura da válvula e a pressão lida à sua jusante ou montante, através do uso da equação do orifício. Foi utilizada uma formulação não-linear e uma linearizada para o escoamento dinâmico de um fluido compressível, em espaço de estados. O modelo não-linear para este tipo de problema é composto de um conjunto de equações diferenciais parciais hiperbólicas, e a forma de resolução adotada é a discretização por diferenças finitas centrais. Os contornos do problema abordado são duas válvulas de controle nos extremos da tubulação. As equações que descrevem o movimento dessas válvulas são linearizadas e acopladas ao modelo dinâmico, de forma que elas são utilizadas como medidores de orifício variável para fins de medição de vazão. O modelo não-linear é resolvido nas condições de escoamento experimentais para sua validação. Esse modelo também é linearizado e acoplado a uma matriz de ganho (formando o observador de estado) e assim corrige as diferenças entre a simulação do modelo linearizado e as medições experimentais.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas. Programa de Pós-Graduação em Matemática e Computação Científica / Made available in DSpace on 2012-10-23T04:21:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 237899.pdf: 473844 bytes, checksum: 29ca5e2cf315fbedecc7562bd36a7ad8 (MD5) / Neste trabalho fazemos um estudo e implementação computacional de alguns métodos numéricos para resolução de sistemas não-lineares especiais. Consideramos sistemas com restrições de caixas abordados por meio de técnicas de região de confiança específicas. Resolvemos também o problema de quadrados mínimos não-lineares por meio de técnicas de penalização para o sistema não-linear associado.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-23T09:09:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 241062.pdf: 1884685 bytes, checksum: 43ce55a2924e4c7e83cc0a8f0caf3653 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo direcionado à análise e projeto de controladores preditivos baseados em modelo para sistemas lineares e não lineares com atraso, visando a melhoria da robustez e levando em conta aspectos práticos de aplicação. O estudo considera sistemas lineares estáveis, integradores, instáveis, não lineares e um estudo de caso na área da medicina. No primeiro caso, estudam-se as condições que deve satisfazer um sistema de controle preditivo linear para garantir a estabilidade robusta de malha fechada quando se controlam processos estáveis com incertezas no atraso. No segundo e terceiro apresenta-se o estudo do controle preditivo de sistemas lineares com dinâmica integradora ou instável e atraso e propõe-se um novo algoritmo que utiliza idéias de controladores de compensação de tempo morto robustos. No caso de sistemas não lineares propõe-se a extensão das propriedades de robustez de um algoritmo utilizado em sistemas de controle lineares com atraso para processos não lineares com atraso. Finalmente apresenta-se um estudo de caso aplicado à dosagem de anestesia a pacientes durante cirurgia, com garantia de estabilidade sob condições de operação. Resultados de simulação ou ensaios numa planta piloto são apresentados para cada tipo de controlador proposto, mostrando as vantagens dos métodos de ajuste, que principalmente estão orientados a melhorar a robustez e permitir a sua aplicação simples em processos industriais. This work presents the analysis and design of model-based predictive controllers MPC for linear and nonlinear dead-time systems. The proposed control strategies take into account both practical aspects and robustness specifications. The study considers: (i) stable, integrative and unstable linear systems, (ii) nonlinear systems and (iii) a medicine area case study. In the first case, the necessary conditions to guarantee the robust stability when MPC are applied to stable processes with dead time are studied. In addition, it is proposed a robust predictive controller for integrative or unstable linear processes with dead time. This controller uses some of the robustness ideas of dead-time compensators. In the second case, the robustness properties of linear predictive controllers are extended for stable nonlinear processes with dead time. Finally, it is presented a case study where the robust MPC is applied to drug dosing during anesthesia in patients undergoing surgery. Also, a tuning rule is obtained to guarantee the stability of the system under operation conditions. Experimental or simulation results are presented for each proposed controller, to illustrate the advantages of the tuning methods.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica / Made available in DSpace on 2012-10-24T04:47:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 252384.pdf: 2132476 bytes, checksum: 6cc4d6d5e38b465f46557c159297e7ee (MD5) / Este trabalho é direcionado ao problema do projeto controle model-free. De forma geral, o projeto de sistemas de controle model-free requer que o engenheiro colete os dados experimentais e escolha um critério de desempenho. Assim, é possível determinar uma lei de controle que otimize o desempenho futuro. Entretanto, o termo model-free ou "livre de modelo" é impróprio uma vez que a utilização de dados experimentais para se fazer inferências sobre o sistema controlado pode ser considerado como um modelo simplificado da planta. Neste sentido, este trabalho explora novas representações simplificadas para plantas não-lineares, que, diferentemente dos modelos tradicionais, apresenta um número reduzido de parâmetros a serem identificados e cuja ordem não está relacionada à ordem da planta. A busca por controladores model-free e modelos simplificados têm, especialmente nas últimas duas décadas, despertado o interesse da comunidade de controle. Um número significativo de trabalhos relacionados a novas estratégias de controle model-free, estabilidade, robustez e aplicabilidade têm sido apresentado na literatura de controle.

Apuntes  para un curso dictado en Perú, contienen dos partes bien definidas. La Primera: Breve introducción a la teoría general de ecuaciones diferenciales incluyendo los teoremas de existencia y unicidad de soluciones, diferenciabilidad con respecto a condiciones iniciales y algunos otros resultados importantes;  La Segunda: Introducción a la teoría cualitativa de las ecuaciones diferenciales o Sistemas Dinámicos. Se  dan algunos conceptos fundamentales para describir las propiedades dinámicas de un sistema y se exponen algunos resultados fundamentales.

A identificação de modelos é determinante no sucesso das modernas técnicas de controle avançado de processos. Um modelo para o sistema pode ser obtido através de modelagem rigorosa, baseada em equações governantes do sistema ou através da modelagem empírica e estimação de parâmetros. Embora mais rápida e fácil, a modelagem empírica necessita de alguns testes de identificação nos quais as variáveis manipuladas são variadas de modo que resultem em variações nas variáveis controladas. Os testes de identificação podem apresentar custos muito elevados tendo em vista que o sistema pode sair de seu ponto normal de operação, gerando produtos com folga de especificação. Este fato ocorre porque usualmente as perturbações aplicadas nas variáveis manipuladas nas indústrias de processos são independentes umas das outras, aumentando a duração do teste de identificação. Desta forma, neste trabalho foi desenvolvida uma nova metodologia de projeto de perturbações simultâneas para a identificação de modelos dinâmicos baseada na direcionalidade do sistema, com o objetivo de fornecer dados mais ricos para se capturar corretamente o comportamento multivariável do sistema e manter o processo no ponto de operação normal. As perturbações são projetadas conforme as características de um modelo simplificado do processo, ou pré-modelo. Este modelo inicial é obtido essencialmente de dados históricos de planta, selecionados através de uma sistemática análise de correlação desenvolvida neste trabalho A metodologia proposta é composta de duas partes: a primeira parte diz respeito à análise dos dados históricos de planta para obtenção de informações prelimirares as quais são utilizadas no planejamento de perturbações, tais como amplitude do ruído de medida, correlação entre as variáveis de processo, constante de tempo do sistema e matriz de ganhos. E a segunda parte consiste no cálculo da amplitude das perturbações baseado nos resultados da primeira etapa do planejamento. Para sistemas mal-condicionados verificou-se que as perturbações planejadas pela metodologia removem menos a planta de seu ponto de operação gerando resultados mais consistentes em relação às perturbações tradicionais. Já para sistemas bem-condicionados, os resultados são semelhantes. A metodologia foi aplicada em uma unidade piloto experimental e numa unidade de destilação da PETROBRAS, cujos resultados apontam pouca remoção dos sistemas do ponto de operação e modelos consistentes. A validação dos modelos também foi contemplada na dissertação, uma vez que foi proposto um novo critério de validação que considera a derivada dos dados de planta e a do modelo e não apenas os dados de planta e os dados da simulação das saídas do modelo.

O estudo de sincronização de sistemas metapopulacionais tem despertado interesse em muitos estudiosos na área de biologia matemática, uma vez que é a partir da sincronização que podemos avaliar e prever o risco da extinção de espécies. Este presente trabalho propõe estudar os fatores que causam o fenômeno da sincronização de um modelo metapopulacional de uma única espécie, composta por n sítios discretos no tempo e no espaço, com taxa de reprodutividade intrínseca dependente do tempo. Consideramos a configuração da rede em forma de anéis cíclicos, matriz de iteração simétrica e migração independente da densidade. Apresentamos condições que o sistema deve satisfazer para obtermos sincronização, a qual é determinada por dois parâmetros distintos: o número de Lyapunov, que está relacionado à dinâmica local, e Lambda, que está relacionado à migração. O produto desses dois parâmetros estabelece um critério para estabilidade local assintótica de órbitas caóticas, possibilitando ou não a sincronia do sistema. Apresentamos resultados numéricos com a taxa de reprodução dependente do tempo através de medidas de distribuição, a fim de analisarmos o comportamento do modelo e a verificação do critério analítico para a sincronização. / The study of synchronization metapopulations systems has aroused interest in many scholars in the field of mathematical biology, since it is important to evaluate to evaluate and predict the risk of global extinction. The present work proposes to study the factors causing the phenomenon of synchronization of a metapopulation model of a single species, with n discrete patches in time and space, with intrinsic reproductive rate dependent on time. We consider the network configuration in the form of cyclic rings, symmetric iteration matrix and migration independent of density. We present conditions that the system must satisfy to obtain synchronization, which is determined by two distinct parameters: the number of Lyapunov, which is related to local dynamics, and Lambda, which is related to migration. The product of these two parameters provides a criterion for the local asymptotic stability of chaotic orbits, allowing or not the system synchronization. We present numerical results with the rate of reproduction time-dependent through distribution measures, in order to analyze the behavior of the model and verification of the analytical criterion for synchronization.

Este trabalho faz uma pesquisa das vibrações de uma viga elástica não linear de Timoshenko sobre a influência de força axial e com uso do método espectral de Galerkin. O modelo não-linear de Timoshenko é obtido através do principio estendido de Hamilton. A função de energia é derivada de maneira geral, incluindo o caso linear, e com identificação das condições de contorno de natureza conservativa. A determinação das autofunções do sistema linear é realizada através de um problema de autovalor descrito por uma equação diferencial linear de segunda ordem com coeficientes matriciais que dependem não - linearmente no autovalor. A ortogonalidade das autofunções é obtida para as condições de contorno clássicas. As correspondentes autofunções são obtidas na base de Euler e na base gerada pela função matricial de Green de valor inicial. O método de Galerkin foi formulado matricialmente e a existência e unicidade foi obtida para uma viga bi-apoiada com o uso da função da energia e dados regulares. / This work investigates the vibrations of a nonlinear elastic Timoshenko beam, subject to an axial force, using the spectral method of Galerkin. The nonlinear model of Timoshenko is obtained through extended Hamilton s principle. The energy function is derived in a general form, including the linear case, and with identi cation of the boundary conditions of conservative nature. The determination of the eigenfunctions of the linear system is done through an eigenvalue problem described by a second-order di erential equation with matrix coe cients that depend non-linearly upon the eigenvalue. The orthogonality of the eigenfunctions is obtained for classical boundary conditions. The corresponding eigenfunctions are determined in the Euler s base and with the base generated by the initial value matrix Green function. The method of Galerkin was formulated in matrix terms and the existence and uniqueness of solutions was obtained for the bi-supported beam with use of the function of the energy and smooth data.