Flow control of transitional shear flows is investigated by means of numerical simulations. The attenuation of three-dimensional wavepackets of Tollmien-Schlichting (TS) and streaks in the boundary layer is obtained using active control in combination with localised sensors and actuators distributed near the rigid wall. Due to the dimensions of the discretized Navier-Stokes operator, reduced-order models are identified, preserving the dynamics between the inputs and the outputs of the system. Balanced realizations of the system are computed using balanced truncation and system identification. We demonstrate that the energy growth of the perturbations is substantially and efficiently mitigated, using relatively few sensors and actuators. The robustness of the controller is analysed by varying the number of actuators and sensors, the Reynolds number, the pressure gradient and by investigating the nonlinear, transitional case. We show that delay of the transition from laminar to turbulent flow can be achieved despite the fully linear approach. This configuration can be reproduced in experiments, due to the localisation of sensing and actuation devices. The closed-loop system has been investigated for the corresponding twodimensional case by using full-dimensional optimal controllers computed by solving an iterative optimisation based on the Lagrangian approach. This strategy allows to compare the results achieved using open-loop model reduction with model-free controllers. Finally, a parametric analysis of the actuators/ sensors placement is carried-out to deepen the understanding of the inherent dynamics of the closed-loop. The distinction among two different classes of controllers – feedforward and feedback controllers - is highlighted. A second shear flow, a confined turbulent jet, is investigated using particle image velocimetry (PIV) measurements. Proper orthogonal decomposition (POD) modes and Koopman modes via dynamic mode decomposition (DMD) are computed and analysed for understanding the main features of the flow. The frequencies related to the dominating mechanisms are identified; the most energetic structures show temporal periodicity. / <p>QC 20130207</p>

Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T20:12:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Soubhia_AnaLuisa_M.pdf: 934522 bytes, checksum: f77437f6f99fae79d0a01f45686b119b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O tema Otimização dos parâmetros da planta e do controlador é o objeto de estudo desta dissertação. Este trabalho propõe três metodologias analíticas: Metodologia Baseada na Resposta Temporal, Metodologia Quadrática e Metodologia Variacional, para solucionar o problema de otimização simultânea dos parâmetros de uma suspensão veicular e do controlador LQR. Essas metodologias são investigadas, respectivamente, com base na solução da equação de estado, no problema do Regulador Linear Quadrático (LQR) Ótimo e no Cálculo Variacional. A partir de um algoritmo encontrado na literatura foram iniciados os estudos numéricos. Esse algoritmo permite calcular derivadas de exponenciais matriciais, que são essenciais para o desenvolvimento da metodologia proposta para se resolver o problema da otimização simultânea dos parâmetros da planta e do controlador, no qual a obtenção de uma formulação analítica para o gradiente da função a ser minimizada é importante. Como aplicação, é proposto um problema de otimização simultânea do ganho de um controlador LQR e dos parâmetros de uma suspensão veicular ativa. Esse problema é resolvido numericamente utilizando-se o software MATLAB. Essa dissertação é desenvolvida da seguinte forma: Primeiramente, são apresentadas as metodologias analíticas e as metodologias numéricas. A partir do estudo numérico, os resultados do problema de otimização aplicado ao modelo de uma suspensão veicular são obtidos. Por fim, as conclusões e os possíveis trabalhos futuros são apresentados / Abstract: In this work, the theme Optimization of plant and controller parameters is studied. This work shows three analytical methodologies: Methodology Based on Temporal Response, Methodology Quadratic andMethodology Variational, suggested to solve the simultaneous optimization problem of plant parameters and the controller of the linear and time invariant system. These methodologies are investigated, respectively, based on the solution of the state equation, on the Quadratic Regulator problem and on the Variational Calculus. From an algorithm that was found in the literature, the numerical studies were started. The goal of this algorithm is to calculate the derived from matrix exponential. This function is essential to develop the numerical methodology suggested to solve the optimization problem of plant parameters and the controller, in which is important to find an analytical form for the gradient of the object function. As an application, an optimization problem of plant parameters and the controller for a quarter-car active vehicle suspension is suggested. This problem is solved numerically using the software MATLAB. This work is developed as follows: Firstly, the analytical and numerical methodologies are presented. From the numerical studies, the vehicle suspension optimization problem results are obtained. And, in the end, the conclusions and the possible future works are presented / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Alberto Adade Filho / Dissertação (mestrado profissional) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-18T17:00:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Torrigo_Eduardo_M.pdf: 4407726 bytes, checksum: 787c00ebb1a9971b6c1cf1d6b78d7180 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Tendo em vista a melhora da qualidade do ar, são impostos limites de emissões de poluentes aos motores diesel, obrigando a busca de soluções capazes de reduzir essas emissões. O motor movido a diesel tem como emissão crítica de poluentes os óxidos de nitrogênio e a emissão de material particulado. Toda a química de formação de poluentes está interligada ao processo de combustão, que é diretamente influenciado pelas concentrações de reagentes admitidos no cilindro. A recirculação controlada de gases de escape para a admissão é uma técnica de redução de emissões de óxidos de nitrogênio comumente aplicada ao motor diesel. Motores instalados em veículos estão sujeitos a variações de regime de operação devido à dinâmica veicular, como por exemplo acelerações ou troca de marchas, que produzem alterações na pressão e no fluxo de gases modificando a proporção da mistura de ar limpo e recirculante admitida no cilindro do motor. O sistema de controle dos gases, portanto, é elemento importante no controle das emissões de poluentes. O objeto deste estudo é o projeto e análise de configurações de controle aplicadas ao sistema de ar de um motor diesel. Foram escolhidos os controladores PID descentralizado, atualmente utilizado na indústria, e o regulador linear quadrático com integrador. Para aumentar a representatividade do estudo, é identificado um conjunto de modelos dinâmicos entrada-saída do sistema de ar de um motor diesel para uso no projeto e na simulação dos sistemas de controle. Por intermédio de uma mesma abordagem algorítmica de projeto e utilizando uma função custo de controle ótimo, projetos dessas diferentes alternativas de controle são efetuados e o desempenho dos controladores e suas características são comparados. Os resultados indicam que a configuração multivariável reduz interferências no controle devido ao acoplamento entre as variáveis e também o tempo necessário à acomodação do sistema de ar, mas tem implicações práticas a serem consideradas. Essas características de resposta e desempenho têm impacto na emissão de poluentes, como elaborado no trabalho. Os aspectos práticos de implementação e de confiabilidade também são discutidos / Abstract: Diesel engine technology has been driven by stringent regulation. To fulfill this demand emission control systems are constantly improving The diesel-powered engines are major pollutant sources of nitrogen oxides and particulate matter. All the chemistry of pollutants formation is linked to the combustion, which is directly influenced by concentrations of reagents admitted to the cylinder. The controlled recirculation of exhaust gases to intake chamber is a commonly applied technique to reduce nitrogen oxides emissions of the diesel engines. Engines installed in vehicles are subject to variations in operation due to the vehicle dynamics, such as accelerations or gear shifting, that produce changes in pressures and gases flow, affecting the clean air and recirculated gas mixture proportion admitted to the engine cylinder. The control of the gases therefore plays an important role in pollutant emissions reduction. The goal of this study is the design and analysis of decentralized and multivariable control systems applied to the air management of a diesel engine. To enhance the study representativeness, it is identified a set of dynamic models of the air system of a diesel engine to use in design and of control simulation. The optimal control condition is determined by cost functions reduction. Two different control structure and tuning alternatives are studied and the controller performance and their characteristics are compared. The results indicate that the multivariable proposal (LQR controller with integral action) reduces interferences in the control due to the coupling between variables, it also reduces the settling time of all controlled variables, however the implementation aspects must be evaluated more deeply. The impacts on emissions caused by controller response characteristics and performance are discussed in the work. Reliability and implementation aspects are also discussed / Mestrado / Eletrônica / Mestre em Engenharia Automobilistica

Orientador: Nelson Luis Saldanha da Fonseca / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:35:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santi_Julianade_M.pdf: 1658984 bytes, checksum: 8a9f078587406a06815484e4fe057f7d (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: A utilização eficiente da banda passante em redes de alta velocidade e grandes atrasos, denominadas redes com produto banda-atraso elevado (PBA), tornou-se um grande desafio. Isto ocorre devido aos ajustes do protocolo Transmission Control Protocol (TCP). O High Speed TCP (HSTCP), uma variante do TCP para redes com PBA elevado, emprega ajustes mais agressivos permitindo, assim, que a utilização da banda seja escalável. As políticas de Gerenciamento Ativo de Filas ou Active Queue Management (AQM), monitoram o nível de ocupação das filas nos roteadores e notificam o congestionamento incipiente aos emissores TCP através do descarte/marcação de pacotes. O sistema de controle de congestionamento apresenta natureza de retroalimentação, na qual a taxa de transmissão dos nós fontes é ajustada em função do nível de ocupação da fila. Os controladores AQM determinam a probabilidade de descarte/marcação para maximizar a vazão e minimizar perdas, garantindo, assim, a estabilidade do tamanho da fila independentemente das variações das condições da rede. Neste trabalho, define-se a política de gerenciamento ativo de filas HSTCP-H2 para redes com PBA elevado que utilizam o protocolo HSTCP. Para a derivação de HSTCP­H2: são utilizadas técnicas de Teoria de Controle Ótimo. A principal característica desta política é considerar o atraso do sistema o que permite melhor utilização dos recursos disponíveis. A estabilidade e os objetivos de desempenho do sistema são expressos e solu­cionados através de Desigualdades Matriciais Lineares, permitindo que os parâmetros do controlador possam ser calculados através da solução de um problema convexo simples. Diferentes controladores foram derivados considerando-se diferentes objetivos de de­sempenho, os quais consideram as características de redes com produto banda-atraso elevado. Através de simulações, os desempenhos dos controladores derivados são avalia­dos e a eficácia do controlador que apresentou o melhor desempenho foi comparado com o desempenho da política de AQM RED. São considerados cenários com enlace gargalo único e com múltiplos gargalos. / Abstract: The efficient utilization of bandwidth in high speed and large delay networks, called high bandwidth-delay product networks (BDP), has become a major challenge. This is due to adjustments of the Transmission Control Protocol (TCP). The High Speed TCP HSTCP): a TCP variant to high BDP networks, employs more aggressive adjustments, allowing scalable bandwidth utilization. The Active Queue Management (AQM) policies monitor the queue length in the routers and notify incipient congestion to TCP source by marking or dropping packets. The congestion control system presents intrinsic feedback nature, where the transmission rates of the sources are adjusted according to the level of congestion inferred by the queue occupancy. The AQM controllers determine the dropping marking probability values to maximize throughput and minimize losses, giving guarantees to stabilize the queue length independent of network conditions. In this work, it is defined HSTCP-H2, an active queue management policy to high BDP networks, which adopt the HSTCP as their transport protocol. Optimal control theory is used to conceive HSTCP-H2. The novelty of the proposed approach lies in consider the delay of the system which allows better use of available resources. Furthermore, in the proposed approach, stability and performance objectives are completely expressed as Linear Matrix Inequalities (LMIs), thus requiring the solution of a single convex problem for the computation of the controller parameters. Different controllers are derived considering different design goals, which take into ac­count the characteristics of the high bandwidth-delay product networks. The performance produced by different optimal controllers was investigated. The efficacy of the control­ler with the best performance was then compared to the performance of RED policy. The simulation experiments were carried out using topologies with single and multiple bottleneck. / Mestrado / Redes de Computadores / Mestre em Ciência da Computação