Orientador: Pedro Luis Dias Peres / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T19:01:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tognetti_TaisCalliero_D.pdf: 1438301 bytes, checksum: 87c3292b4b408bcddec959f4f9e45317 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Esta tese apresenta contribuições para a solução de problemas de análise de estabilidade e síntese de controladores por realimentação de estados de sistemas dinâmicos que possuem elementos não-lineares, por meio de condições na forma de desigualdades matriciais lineares e funções de Lyapunov. Para sistemas chaveados sujeitos a saturação nos atuadores, são fornecidas condições convexas para o cálculo de ganhos chaveados e robustos. A saturação é modelada como uma não-linearidade de setor e uma estimativa do domínio de estabilidade é determinada. Para sistemas lineares com incertezas politópicas e não-linearidades pertencentes a setores, são fornecidas condições convexas de dimensão finita para construir funções de Lur'e com dependência polinomial homogênea nos parâmetros. Se satisfeitas, as condições garantem a estabilidade para todo o domínio de incertezas e para todas as não-linearidades pertencentes ao setor e permitem o cômputo de controladores estabilizantes robustos por realimentação linear e não-linear. Para sistemas bilineares instáveis, contínuos e discretos no tempo, é proposto um procedimento para calcular um ganho estabilizante de controle por realimentação de estados. O método baseia-se na solução alternada de dois problemas de otimização convexa descritos por desigualdades matriciais lineares, fornecendo uma estimativa do domínio de estabilidade. Extensões para tratar controladores robustos e lineares variantes com parâmetros são também apresentadas. / Abstract: This thesis presents contributions to the solution of the problems of stability analysis and synthesis of state feedback controllers for dynamic systems with non-linear elements, by means of conditions based on linear matrix inequalities and Lyapunov functions. For switched systems subject to saturation in the actuators, convex conditions to design switched and robust controllers are presented. The saturation is modeled as a sector non-linearity and an estimate of the domain of stability is determined. For linear systems with polytopic uncertainties and sector non-linearities, convex conditions of finite dimension to build Lur'e functions with homogeneous polynomially parameter dependence are provided. If satisfied, the conditions guarantee the stability of the entire domain of uncertainty for all sector non-linearities, allowing the design of linear and non-linear robust state feedback stabilizing controllers. For continuous and discrete-time unstable bilinear systems, a procedure to design a state feedback stabilizing control gain is proposed. The method is based on the alternate solution of two convex optimization problems described by linear matrix inequalities, providing an estimate of the domain of stability. Extensions to handle robust and linear parameter varying controllers are also presented. / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

A análise de estabilidade de sistemas não-lineares surge em vários campos da engenharia. Geralmente, esta análise consiste na determinação de conjuntos atratores estáveis e suas respectivas áreas de atração. Os métodos baseados no método de Lyapunov fornecem estimativas destes conjuntos. Entretanto, estes métodos envolvem uma busca não sistemática por funções auxiliares chamadas funções de Lyapunov. Este trabalho apresenta um procedimento sistemático, baseado no método de Lyapunov, para estimar conjuntos atratores e as respectivas áreas de atração para uma classe de sistemas não-lineares, aqui chamado de problema de Lure estendido. Este problema consiste de sistemas não-lineares que podem ser escritos na forma do problema de Lure, cuja função não-linear pode violar a condição de setor em torno da origem. O procedimento desenvolvido é baseado na extensão do princípio de invariância de LaSalle e usa as funções de Lyapunov genéricas do problema de Lure para estimar o conjunto atrator e sua respectiva área de atração. Os parâmetros das funções de Lyapunov são obtidos resolvendo um problema de otimização que pode ser colocado na forma de desigualdades matriciais lineares (LMIs). / The stability analysis of nonlinear systems is present in several engineering fields. Usually, the concern is the determination of stable attractor sets and their associated attraction areas. Methods based on the Lyapunov method provide estimates of these sets. However, these methods involve a nonsystematic search for auxiliary functions called Lyapunov functions. This work presents a systematic procedure, based on Lyapunov method, to estimate attractor sets and their associated attraction areas of a class of nonlinear systems, called in this work extended Lure problem. The extended Lure problem consists of nonlinear systems like those of Lure problem where the nonlinear functions can violate the sector conditions around the origin. The developed procedure is based on the extension of invariance LaSalle principle and uses the general Lyapunov functions of Lure problem to estimate the attractor set and their associated attraction area. The parameters of the Lyapunov functions are obtained solving an optimization problem write like a linear matrix inequality (LMI).

Estudos sobre o comportamento dinâmico de estruturas não lineares são até os dias de hoje motivo de extensas pesquisas em todo o mundo. Desde o início do desenvolvimento da teoria das oscilações não lineares buscou-se compreender os mecanismos básicos, como perturbações que provocassem respostas complexas nas estruturas flexíveis. Este trabalho apresenta um estudo teórico e experimental do comportamento dinâmico de uma semi-asa de um avião acoplada a uma turbina com a hélice desbalanceada, esse sistema é representado através de uma viga engastada excitada por uma fonte não ideal localizada na extremidade oposta ao engaste. Entende-se como sistema não ideal aquele que considera que a excitação é influenciada pela própria resposta do sistema. Para sistemas dinâmicos não ideais, deve-se adicionar uma equação que descreva como a fonte não ideal interage com o sistema. Considera-se na equação do sistema apenas o primeiro modo de vibrar. Os resultados de simulação numérica apresentados são obtidos utilizando o software Matlab® 8.0 e o parâmetro de controle a ser analisado é o torque do motor. Os resultados que mostram o comportamento dinâmico do sistema são o histórico no tempo, plano de fase, FFT e para identificar o comportamento caótico calculam-se os expoentes de Lyapunov. O gráfico que mostra a presença do efeito Sommerfeld (salto) no sistema também é apresentado. Na parte experimental, apresenta-se todo o procedimento experimental, assim como os resultados: Histórico no tempo, plano de fase reconstruído, FFT, expoentes de Lyapunov e as análises que ilustram a presença do efeito Sommerfeld no experimento. / Studies about the dynamic behaviour of nonlinear structures have been to this date subject of extensive research all around the world. Since the beginning of the development of the nonlinear oscillation theory one has tried to understand the basic mechanisms, like disruptions that would cause complex answers on flexible structures. This paper presents a theoretical and practical study of the dynamic behaviour of a semi-wing of an airplane installed on a turbine with unbalanced propellers; this system is represented through a cantilever beam excited by a non-ideal source located at the end opposite to the coupling. As a non-ideal system we mean the one that considers that the excitement is influenced by the system\'s response itself. For non-ideal dynamic systems, one must add an equation that describes how the non-ideal source interacts with the system. Only the first vibrating mode is considered in the system\'s equation. The numeric simulation results shown are obtained by using the Matlab® 8.0 software and the control parameter to be analyzed is the motor torque. The results that show the dynamic behaviour of the system are time history, phase plan, FFT and to identify the chaotic behaviour the Lyapunov\'s indexes are calculated. The graphic that shows the presence of the Sommerfeld effect (jump) in the system is also presented. In the experimental part, all the practical procedure is presented, as well as experimental results, like, for example: Time history, phase plan reconstruction, FFT, Lyapunov exponents and the analyses that illustrate the presence of the Sommerfeld effect on the experiment.

Neste trabalho nós estudamos os expoentes de Lyapunov de aplicações f : Td → Td homotópicas a uma aplicação Anosov linear e a continuidade absoluta de folheações. Nós mostramos para algumas classes de homotopia de aplicações que a soma dos expoentes de Lyapunov está limitado pela soma dos expoentes de Lyapunov da aplicação Anosov linear. Além disso, admitindo uma propriedade conhecida como densidade uniformemente limitada (UBD) nas folheações, mostramos uma igualdade entre a soma dos expoentes de Lyapunov de f e do Anosov linear. Também construímos um conjunto C1 aberto de difeomorfismos parcialmente hiperbólicos do toro T4, preservando volume, com folheação central bidimensional não compacta e não absolutamente contínua. Ainda construímos um exemplo parcialmente hiperbólico com folhas centrais bidimensionais, não compactas onde a desintegração do volume ao longo da folheação central não é nem Lebesgue nem atômica. / In this work we study the Lyapunov exponents of maps f : Td → Td homotopic to a linear Anosov map. We proof for some homotopic classes of maps which the sum of Lyapunov exponents is bounded by the sum of the Lyapunov exponents of the linear Anosov map. Moreover, by assuming a property known as uniformly bounded density (UBD) in the foliations, we show an equality between the sum of the Lyapunov exponents of f and the linear Anosov. We also construct an C1 open set of volume preserving partially hyperbolic diffeomorphisms with non compact two dimensional center foliation and non absolutely continuous. We still build an example of partially hyperbolic diffeomorphism with non compact bidimensional center leaves where the disintegration of volume along the center foliation is neither Lebesgue nor atomic.

Neste trabalho apresentamos um assunto que tem contribuído em diversas áreas, o conhecido Problemas de Lurie. Para exemplificar sua aplicabilidade estudamos a Rede Neural de Hopfield e a relacionamos com o problema. Alguns teoremas são apresentados e um dos resultados do Problema de Lurie é aplicado ao modelo de Hopfield. / In the present work we show some properties of the so called Luries type equation. We treat particularly the stability conditions problem, and show how this theory is applied in a Hopfield neural network.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T17:37:36Z No. of bitstreams: 1 anasophiacavalcantialves.pdf: 26969611 bytes, checksum: 43d8f3d71a0dbcb949394e62ac48bbf4 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-24T16:49:48Z (GMT) No. of bitstreams: 1 anasophiacavalcantialves.pdf: 26969611 bytes, checksum: 43d8f3d71a0dbcb949394e62ac48bbf4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-24T16:49:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 anasophiacavalcantialves.pdf: 26969611 bytes, checksum: 43d8f3d71a0dbcb949394e62ac48bbf4 (MD5) Previous issue date: 2012-11-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho tem como objetivo aplicar e comparar técnicas de controle lineares e não lineares no controle de estabilidade de um quadricóptero. Inicialmente, apresenta-se um modelo dinâmico da aeronave para a simulação e controle do sistema. Em seguida, descreve-se os princípios de funcionamento do veículo e algumas características importantes na construção do quadricóptero. Com base no modelo dinâmico, as técnicas de controle são utilizadas para projetar os controladores. Quatro diferentes controladores foram projetados: um controlador PID, um controlador LQR, um controlador com base na teoria de Lyapunov e um controlador utilizando a técnica de Backstepping. Eles são aplicados para controlar a atitude da aeronave, tendo como principal tarefa a estabilização do quadricóptero em voo. Por fim, os controladores são comparados, validados e os resultados das simulações e da implementação real no quadricóptero são apresentados. Os melhores resultados para o controle de estabilidade do quadricóptero são obtidos utilizando a técnica de controle não linear Backstepping. / This present work aims to apply and compare linear and nonlinear control techniques in attitude stabilization of a quadricopter. At first, is presented a aircraft dynamic model for simulation and control of the system. Then, will be described the principles of operation and some important characteristics about quadricopter’s assembling. Based on dynamic model, the control techniques are used to design the controllers. Four different controllers were designed: a PID controller, a LQR controller, a Lyapunov’s stability theory based controller, and a backstepping controller. They are applied to control the aircraft attitude, having as main task the inflight stabilization of quadricopter. At the end, the controllers are compared, validated and the simulation results and real implementation are presented. The best results of quadricopter attitude control are obtained using the nonlinear control technique of Backstepping.

Orientadores: João Marcos Travassos Romano, Romis Ribeiro de Faissol Attux / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:40:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SousaJunior_Celsode_D.pdf: 2582555 bytes, checksum: 4c20b08e97e42d51ea143f7651c91af4 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O problema de equalização adaptativa se vincula à busca por soluções iterativas que permitam reduzir ou eliminar os efeitos nocivos do canal de comunicação sobre um sinal transmitido de interesse. Uma vez que os sistemas adaptativos se baseiam em algoritmos capazes de ajustar os parâmetros de um filtro, pode-se considerar o conjunto equalizador / algoritmo adaptativo como um sistema dinâmico, o que termina por relacionar a possibilidade de obter uma solução satisfatória à noção de convergência. A análise de convergência de algoritmos de equalização adaptativa se desenvolveu, tipicamente, considerando algumas hipóteses para viabilizar o tratamento matemático, mas nem sempre tais hipóteses são estritamente válidas. Um exemplo clássico nesse sentido é o uso da teoria da independência. Neste trabalho, buscamos uma abordagem distinta do estudo das condições de estabilidade de algoritmos de equalização clássica baseada na teoria de Lyapunov. Essa teoria é geralmente utilizada no estudo de sistemas não-lineares, e apresenta um amplo histórico de resultados sólidos na área de controle adaptativo. Isso motiva o uso no campo de processamento de sinais. A primeira contribuição deste trabalho consiste em determinar, por meio da teoria de Lyapunov, a faixa de valores de passo de adaptação que garantem estabilidade do sistema de equalização para algoritmos baseados no critério deWiener e para o algoritmo do módulo constante. A partir dos resultados para estabilidade, investigar-se-á também a região de convergência para os pesos do algoritmo LMS, o que trará uma produtiva relação com a idéia de misadjustment. Como segunda linha de contribuição, será apresentada uma análise de um limitante inferior para o custo atingível e uma proposta de inicialização capaz de aumentar a probabilidade de convergência para o melhor ótimo gerado pelo critério para o algoritmo do módulo constante. Essa estratégia se baseia numa formulação do critério não-supervisionado de filtragem linear em termos da aplicação do critério de Wiener a uma estrutura polinomial. Os resultados obtidos revelam que a idéia é capaz de levar a um desempenho melhor que os do clássico método center spike e de uma estratégia de inicialização aleatória / Abstract: The problem of adaptive equalization is related to the search for iterative solutions that allow the reduction or the elimination of the noxious effects of a communication channel on a transmitted signal of interest. Since adaptive systems are based on algorithms capable of adjusting the parameters of a filter, the combination between equalizer and learning algorithm can be considered to form a dynamical system, which relates the possibility of obtaining a satisfactory solution to the convergence issue. The analysis of the convergence of adaptive equalization algorithms was developed, typically, considering certain simplifying hypotheses that, however, are not always strictly valid. A classical example that illustrates this assertion is the use of the so-called independence theory. In this work, it has been investigated a distinct approach to the study of stability conditions of classical methods based on Lyapunov theory. This theory is generally employed in the study of nonlinear systems, and presents a significant framework of sound results in the field of adaptive control, which motivates its use in the context of signal processing. The first contribution of this work consists of determining, by means of Lyapunov theory, the range of step-size values that ensure stability of the equalization system for algorithms based on the Wiener criterion and for the constant modulus algorithm. Using the obtained stability results, the convergence region for the parameters estimated via LMS is also investigated, which establishes an interesting connection with the notion of misadjustment. In a second line of study, we present an analysis of the lower bound for the attainable CM cost and an initialization heuristic capable of increasing the probability of convergence to the best optimum engendered by the constant modulus criterion. This strategy is based on a formulation of the unsupervised linear filtering criterion in terms of the application of the Wiener criterion to a polynomial structure. The obtained results reveal that the proposal is able to effectively lead to a performance level that is better than that achieved using the classical center spike method and a random approach / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Marina Vachkovskaia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-21T12:11:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_HeloisaMariade_D.pdf: 1371327 bytes, checksum: 1913d92f9ff81812cfbf5b4fab73215d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Considere as redes de filas com N servidores e K tipos de trabalho. Suponha que os tipos de trabalho i chegam independentemente à rede de acordo com o processo de Poisson com taxa...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Consider a queueing network with N servers and K types of jobs (or customer classes). The types of jobs i, i = 1; ¿ ;K, arrive at the system accordingly to independent Poisson process with rate...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Estatistica / Doutora em Estatística

Ce travail de thèse traite de l’analyse de la stabilité et la stabilisation des systèmes non-linéaires représentés par des modèles T-S. L’objectif est de réduire le conservatisme des conditions de stabilité, obtenue par la méthode directe de Lyapunov, et écrites, dans la mesure du possible, sous forme de LMIs. Dans ce cadre, deux contributions principales ont été apportées. Tout d’abord, nous avons proposé de nouvelles conditions de synthèse non-quadratique de lois de commande, strictement LMIs et sans restriction d’ordre, pour les modèles T-S via des FLICs. En effet, dans ce contexte, les résultats de la littérature ne sont valables que pour les modèles T-S d’ordre inférieur ou égal à 2. Afin de lever cette restriction, les conditions ont été obtenues grâce à la démonstration d’une propriété de dualité. Ensuite, peu de travaux traitant de la spécification des performances en boucle fermée, de nouvelles conditions LMIs (quadratiques et non-quadratiques) ont été proposées via le concept de D-stabilité. Dans un premier temps, la synthèse de lois de commande PDC et non-PDC D-stabilisantes a été proposée pour les modèles T-S nominaux. Ensuite, ces résultats ont été étendus au cas des modèles T-S incertains. De plus, nous avons mis en évidence, au travers d’un exemple de D-stabilisation en attitude d’un modèle de drone quadrirotor, que les modèles T-S incertains pouvaient être avantageusement considérés lorsque les non-linéarités d’un modèle non-linéaire dépendent à la fois de l’état et de l’entrée. / This work deals with the stability analysis and the stabilisation of nonlinear systems represented by T-S models.The goal is to reduce the conservatism of the stability conditions, obtained through the direct Lyapunov methodand written, when it is possible, as LMIs. In this framework, two main contributions has been proposed. First ofall, we have proposed some new conditions based on FLICs, strictly LMIs and without any order restrictions, forthe non-quadratic design of control laws devoted to stabilize T-S models. Indeed, in this non-quadratic context,the existing works are only available for 2nd order T-S models. In order to unlock this restriction, the proposed conditions have been obtained based on the proof of a dual property. Then, starting from the fact that few worksdeals with the closed-loop performances specification, some new LMI conditions (quadratic and non-quadratic)have been proposed via the D-stability concept. As a first step, D-stabilizing PDC and non-PDC controller designhas been considered for nominal T-S models. Then, these results have been extended to uncertain T-S models.Moreover, it has been highlighted, from an example of the attitude D-stabilization of a quadrotor model, that wecan make use of uncertain T-S models to cope with nonlinear models involving nonlinearities depending on bothstate and input variables.

Orientadores: Romis Ribeiro de Faissol Attux, Diogo Coutinho Soariano, Filipe Ieda Fazanaro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T04:17:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_OdairVieirados_D.pdf: 3365036 bytes, checksum: 967476ee0acb26bf5197de95e344c6c9 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: O problema de análise do sincronismo entre sistemas dinâmicos se reveste de enorme importância prática, uma vez que ocorre em uma miríade de contextos naturais e artificiais. Para avaliar a ocorrência desse fenômeno, é usual lançar mão dos expoentes de Lyapunov condicionados, que refletem, em sua definição, o acoplamento entre sistemas. Nesta tese, é proposto um novo método para cálculo desses expoentes, que pode ser extremamente útil quando há descontinuidades ou quando o cálculo da matriz jacobiana é proibitivo. Esse método tem por base o método das dinâmicas clonadas para estimação do espectro convencional de Lyapunov. A nova proposta é validada em diversos cenários, partindo de sistemas clássicos e chegando aos modelos neuronais de Hindmarsh-Rose e Hodgkin-Huxley. O estudo do sincronismo uni- e bidirecional desses modelos, aliás, constitui também uma contribuição original do trabalho / Abstract: The problem of analyzing synchronism between dynamical systems is of enormous practical significance, as this phenomenon arises in several natural and artificial domains. To characterize the occurrence of synchronism, it is usual to employ the conditioned Lyapunov exponents, which reflect, in their definition, the coupling between systems. In this thesis, a new method for calculating these exponents is proposed, which can be extremely useful in the presence of discontinuities or when to calculate the Jacobian matrix is prohibitive. This method is based on the cloned dynamics approach for estimating the conventional Lyapunov spectrum. The new proposal is validated in a number of scenarios, ranging from classical systems to the Hindmarsh-Rose and Hodgkin-Huxley neuron models. The study of the uniand bidirectional synchronism of these models are apropos also an original contribution of this work / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica