O presente trabalho aborda o desenvolvimento de um algoritmo de controle para um sistema de suspensão ativa para elevadores de alto desempenho. Esses dispositivos são muito usados no caso de suspensões veículos automotivos, mas não tanto em elevadores. Visando compreender os fenômenos envolvidos e executar testes do controle proposto através de simulações, é realizado um estudo da modelagem matemática desse sistema. O elevador estudado é de cabine com duplo andar (double-deck) e será usado em uma guia de 200 [m] de curso em um edifício de aproximadamente 500 [m] de altura. A velocidade de estado estacionário do elevador é 40 km/h. Buscando situar este trabalho no campo de pesquisa proposto, é apresentada uma introdução aos critérios e técnicas de controle linear utilizadas. O desenvolvimento do controlador é baseado no uso de um modelo matemático linear em espaço de estados que representa a dinâmica do sistema em um dos planos ortogonais. A síntese do controlador por realimentação no espaço de estados foi feita usando o método da alocação de pólos, com ajuda do regulador quadrático linear, realimentando os estados com um observador de ordem total. Um modelo computacional foi construído e utilizado para a realização de simulações computacionais com o controlador proposto. Os resultados de simulações do sistema passivo e ativo são apresentados e discutidos. / The present work proposes the development of an algorithm to control active suspension systems for high performance elevators. These devices are used in suspensions for automotive vehicles, but not in such a way in elevators. Aiming at the understanding of the involved phenomena and making tests of the controller considered through simulations, a mathematical model of this system is developed. The studied elevator is a double-deck one and will be used in a 200 [m] guide in an approximately 500 [m] height skyscraper. The steady state speed of the elevator is 40 km/h. Trying to contextualize this work, it is presented an introduction to the criteria and techniques of linear control applied in this work. The development of the controller is based on the use of a linear mathematical model in the states space that represents the dynamics of the system in one of the two orthogonals planes. The synthesis of the feedback controller in the states space was made using the pole placement method with the aid of the linear quadratic regulator, and the feedback of the states with a full order observer. A computational model was constructed. The results of passive and active simulations of the system are presented and discussed.

O sistema de controle por alocação dos pólos com filtro foi utilizado para controlar a atitude de um modelo de veículo lançador de satélites. Com este intuito, foram confeccionados um modelo e uma base de fixação que permite a movimentação nos três graus de liberdade. Utilizando a resposta à entrada degrau em conjunto com um sistema de controle PID obtido de forma empírica para estabilizar o sistema, as características da planta foram identificadas e então o sistema de controle por alocação de pólos foi projetado. Este sistema apresentou uma oscilação em torno da referência com amplitude menor do que 0,5° e tempo de pico para a entrada degrau na ordem de 2,17 segundos. Um segundo controlador PID foi projetado de forma analítica para se obter uma referência, porém apresentou resposta com características inferiores ao controlador por alocação de pólos. Os dois sistemas de controle projetados conseguem manter o modelo estável mesmo quando um dos motores é desligado. / Pole placement control system with filter was implemented to control the attitude of a satellite launch vehicle model. With this purpose, a model and a fixing base with three degrees of freedom was made. Utilizing the system response to step input with PID controller empirically designed to stabilize the system, the model characteristics were identified and the pole placement control system was designed. This system oscillated around the reference with amplitude smaller than 0.5° and peak time around 2.17 seconds. Another PID controller was designed analytically for reference, however the pole placement controller had better response characteristics than the PID controller. Both controllers can stabilize the system even when one engine is shut off.

In recent years, more and more light aircraft enter our daily life, from Agricultural applications, emergency rescue, flight experiment and training to Barriers to entry, light aircraft always have their own advantages. Thus, they have become more and more popular. However, in the process of GDP research about Flight Control System design for the Flying Crane, the author read a lot of literature about Flight Control System design, then noticed that the research in Flight Control System have apparently neglected to Low-cost vehicles. So it is necessary to do some study about Flight Control System for this kind of airplane. The study will more concern the control law design for ultra-light aircraft, the author hopes that with an ‘intelligence’ Flight Control System design, this kind of aircraft could sometimes perform flying tasks according to a prearranged flight path and without a pilot. As the Piper J-3 cub is very popular and the airframe data can be obtained more easily, it was selected as an objective aircraft for the control law design. Finally, a ¼ scale Piper J-3 cub model is selected and the aerodynamics coefficients are calculated by DATCOM and AVL. Based on the forces and moments acting on the aircraft, the trim equilibrium was calculated for getting proper dynamics coefficients for the selected flight conditions. With the aircraft aerodynamics coefficients, the aircraft dynamics characteristics and flying qualities are also analyzed. The model studied in this thesis cannot answer level one flying qualities in the longitudinal axis, which is required by MIL-F- 8785C. The stability augment system is designed to improve the flying qualities of the longitudinal axis. The work for autopilot design in this thesis includes five parts. First, the whole flight profile is designed to automatically control aircraft from takeoff to landing. Second, takeoff performance and guidance law is studied. Then, landing performance and trajectory is also investigated. After that, the control law design is decoupled into longitudinal axis and later-directional axis. Finally, simulation is executed to check the performance for the auto-controller.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Este trabalho visa a aplicaÃÃo dos controles robustos D-LQI e D-AlocaÃÃo de polos otimizados via LMIs em um conversor boost de alto ganho de tensÃo com cÃlula de comutaÃÃo de trÃs estados. Este conversor consiste numa topologia moderna derivada do conversor boost clÃssico. O boost à considerado um elevador de tensÃo, o qual converte uma entrada na faixa de 42-54V à 400 V. O conversor boost proposto à reduzido ao modelo de um conversor equivalente e à modelado no espaÃo de estados mÃdio, em que à observado que a matriz D diferente de zero, sendo entÃo uma modelagem que apresenta uma peculiaridade de acordo com a literatura, pois a soluÃÃo de controle à mais complexa. As estratÃgias de controle aplicadas usam de procedimentos matemÃticos denominados de Desigualdades Matriciais Lineares (LMIs-Linear Matrix Inequalities), que podem ser resolvidos por otimizaÃÃo convexa ou programaÃÃo semidefinida positiva (SDP procedures). As ferramentas matemÃticas utilizadas para resoluÃÃo das LMIs neste trabalho sÃo o Yalmip e Sedumi, que sÃo inseridas no MATLAB . AlÃm disso sÃo analisadas as incertezas presentes no processo, bem como a robustez do modelo em malha fechada. SÃo obtidos os resultados de simulaÃÃo via MATLAB -PSIM e sÃo feitas as anÃlises referentes a estes resultados, alÃm da anÃlise dos resultados experimentais e a conclusÃo do estudo, alÃm das propostas de trabalhos futuros. O ApÃndice mostra os procedimentos de instalaÃÃo dos resolvedores alÃm do uso correto com base nas equaÃÃes descritas na teoria sobre LMIs. / This work involves the application of robust controls D-LQI and D-pole placement via LMIs in a high-gain boost with three states switching cell. This converter consists of a modern topology derived the classic boost converter . This boost converter is considered a step-up converter, which a range of 42-54V voltage input to 400V voltage output. The proposed boost converter is reduced to equivalent model and is modeled at space state avarage, in which is observed that the matrix D not equal nought, being then a modeling that presents a peculiarity according to literature, thus the control solution is more complex. The control strategies applied use mathematical procedures called Linear Matrix Inequalities (LMIs), which can be solved by convex optimization or positive semidefinite procedures (SDP). The mathematical tools used to solve the LMIs this work are Yalmip and Sedumi, which are inserted in MATLAB. Further analyzes the uncertainties present in the process, as well as the robustness of closed loop model. The simulation results are obtained via MATLAB and PSIM and analyzes made regarding these results, besides the analysis of experimental results and conclusion of study, in addition to proposals for future work. The Appendix shows the installation procedures and use correct solvers based on the equations described in LMI theory.

O sistema de controle por alocação dos pólos com filtro foi utilizado para controlar a atitude de um modelo de veículo lançador de satélites. Com este intuito, foram confeccionados um modelo e uma base de fixação que permite a movimentação nos três graus de liberdade. Utilizando a resposta à entrada degrau em conjunto com um sistema de controle PID obtido de forma empírica para estabilizar o sistema, as características da planta foram identificadas e então o sistema de controle por alocação de pólos foi projetado. Este sistema apresentou uma oscilação em torno da referência com amplitude menor do que 0,5° e tempo de pico para a entrada degrau na ordem de 2,17 segundos. Um segundo controlador PID foi projetado de forma analítica para se obter uma referência, porém apresentou resposta com características inferiores ao controlador por alocação de pólos. Os dois sistemas de controle projetados conseguem manter o modelo estável mesmo quando um dos motores é desligado. / Pole placement control system with filter was implemented to control the attitude of a satellite launch vehicle model. With this purpose, a model and a fixing base with three degrees of freedom was made. Utilizing the system response to step input with PID controller empirically designed to stabilize the system, the model characteristics were identified and the pole placement control system was designed. This system oscillated around the reference with amplitude smaller than 0.5° and peak time around 2.17 seconds. Another PID controller was designed analytically for reference, however the pole placement controller had better response characteristics than the PID controller. Both controllers can stabilize the system even when one engine is shut off.

A designação de estruturas próprias de sistemas dinâmicos com retroação completa de estados ou saídas foi objeto de estudo de muitos pesquisadores durante a segunda metade do século XX. Os trabalhos mais relevantes sobre o tema foram revisados e serviram como base para a elaboração da metodologia apresentada neste trabalho. Que consiste na designação de estruturas próprias desejadas para um sistema linear em malha aberta com a modificação de parâmetros do sistema através da pseudo retroação de saídas devidamente definidas. O método foi aplicado na coxinização de um veículo de passeio. No qual os modos de vibrar de modelos lineares com 7 e 8 graus de liberdade do veículo foram adequados com o intuito de reduzir as acelerações verticais de chassi, características do fenômeno shake de motor e câmbio (faixa de frequência entre 7 e 25 Hz). Para tanto, reduziu-se a participação do grau de liberdade vertical de chassi nos modos com grande participação dos graus de liberdade de motor e massa não suspensa. Os resultados obtidos com a aplicação da metodologia na coxinização foram valores de rigidezes, amortecimentos e características de coxins hidráulicos que resultam na redução significativa da aceleração vertical de chassi, que implica em uma melhora perceptível para o consumidor na qualidade do conforto do veículo. / Eigenstructure assignment using full state or output feedback control had been object of study of many researchers during the second half of XX century. The most important works about eigenstructure assignment were reviewed, specially some applications within aerospace industry, that was the responsible for developing all the theory concerning pole and eigenvector placement. The review of the related theory was also based on the pioneering and most expressive works and were base for the methodology developed and described in this work. Which consists basically on the assignment of some desired eigensctructure of open loop linear systems modifying some parameters of the systems by means pseudo feedback of some outputs into inputs specifically defined. This methodology was applied to a 8 DOF vehicle model, a case of study, in order to adequate the system modes changing engine mounts parameters to improve the vehicle ride comfort, mainly eigenstructures about powertrain shake range frequencies.

O presente trabalho se propõe a elaborar algoritmos para controle robusto de sistemas de potência. O modelo de sistema de potência multimáquinas utilizado é o de pequenas perturbações, e o objetivo principal é aumentar o amortecimento dos autovalores críticos do sistema, garantindo sua estabilidade e desempenho em diversas condições operativas. Para isso, são utilizadas as Desigualdades Matriciais Lineares (ou LMI\'s), muito adequadas ao tratamento de problemas de controle robusto por sua flexibilidade e possibilidade de agrupamento de diversos requisitos de desempenho. São propostos, entre outros, três algoritmos fundamentais para controle robusto: dois estão relacionados ao controle descentralizado e com controladores de estrutura fixa, o que é muito comum na indústria de potência atualmente, e o outro está relacionado ao controle hierarquizado, que consiste na integração de várias camadas de controle utilizando sinais remotos. Os algoritmos de controle descentralizado propostos são inovadores, pois ambos os métodos permitem a utilização de controladores de estrutura fixa (qualquer que seja ela), e o algoritmo de controle hierarquizado propõe uma estrutura de controle inédita que utiliza aproximações de Padé de diversas ordens para representar os atrasos de comunicação no sistema. Durante a fase de projeto, pode-se escolher o atraso de comunicação, bem como a ordem da aproximação de Padé desejada. Nos algoritmos de controle robusto descentralizado, realizamos uma minimização da norma da matriz de ganhos estáticos do controlador, o que impede que o resultado do algoritmo sejam parâmetros de valores muito elevados e infactíveis para os controladores. A técnica utilizada para os três controladores propostos é o posicionamento de pólos, o que garante que os autovalores do sistema de potência em malha fechada estejam numa dada região do plano complexo, relacionada ao amortecimento mínimo desejado para os autovalores do sistema. Os testes e simulações realizados para validação dos algoritmos de controle robusto foram feitos em ambiente MATLAB, e foram utilizados diversos sistemas de potência: sistema New England de 39 barras e 9 geradores, sistema New England de 69 barras e 16 geradores e sistema New England de 39 barras utilizando modelos de termogeradores. Os testes sugerem que as técnicas propostas são eficazes, pois todas elas garantem boas taxas de amortecimento para os sistemas de potência utilizados. Ao final, simulações não-lineares comprovam a eficácia e a eficiência de um dos controladores projetados para o sistema New England de 39 barras. / The aim of this work is to elaborate robust control algorithms to power systems. The mathematical model employed to describe the multimachine power system is that used in small signal studies, and the main goal is to increase the damping of the critical eigenvalues of the system, guaranteeing its stability and performance in various operating conditions. To do this, we apply the Linear Matrix Inequalities (or simply LMI\'s), suitable to deal with robust control problems due to its flexibility and possibility to group many performance requisites. We propose three robust control algorithms: two of them are related to decentralized control with controllers of predefined structure, which are commonly used in the power industry, and the other one is related to the hierarchized control, which consists on the integration of various controllers layers using remote signals. The decentralized robust control algorithms proposed are novel, because both methods make possible the development of controllers of pre-defined structure, and the hierarchized control algorithm suggests a novel control structure that uses Padé approximations of different orders to represent the communication delays in the system. During the design, we can choose the communication delay, as well as the order of the Padé approximation desired. The decentralized robust control algorithms solve minimization problems over the controller gain matrix norm, which guarantees that the final values of the controller\'s parameters will not be much high and impracticable. The technique employed for the three types of controllers proposed is the pole placement, which ensures that the eigenvalues of the closed loop power system will be in a certain region of the complex plane, related to the minimum damping required for the system. Tests and simulations are done in MATLAB to validate the robust control algorithms, and we apply these algorithms to various power systems: 39-bus 9-machine New England power system, 69-bus 16-machine New England power systems and 39-bus New England power system with thermo machine models. The tests suggest that the proposed techniques work well, once all of them guarantee good damping rates to the power systems considered. To complete the tests round, nonlinear simulations proof the efficiency of the controllers designed for the 39-bus New England power system.

Orientador: Prof. Dr. Victor Augusto Fernandes de Campos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Este trabalho apresenta uma aplicação das Desigualdades Matriciais Lineares (ou Linear Matrix Inequalities, ou ainda LMI), para o controle robusto de uma aeronave F-16, através de um algoritmo que garante o fator de amortecimento para o sistema em malha fechada. É apresentada a modelagem dinâmica do sistema em questão com base no estado da arte e são apresentados dois modelos simplificados para realização da aplicação dessa teoria de controle. Os resultados dos testes mostram que os ajustes de zero e ganho são suficientes para garantir desempenho e estabilidade robusta com relação a diversos pontos de operação pré-definidos. Essa é uma das principais características das LMI¿s, que são ferramentas matemáticas amplamente aplicadas em teoria de controle, que possibilitam o tratamento simultâneo de vários requisitos de desempenho e robustez. A técnica utilizada é a de alocação de pólos, que tem como objetivo alocar os pólos do sistema em malha fechada em uma região específica do plano complexo. Resultados dos testes utilizando os modelos dinâmicos lateral e longitudinal da aeronave F-16 são apresentados, discutidos e comparados. / This work presents an application of Linear Matrix Inequalities (LMI) for the robust control of an F-16 aircraft through an algorithm that ensures the damping factor for the closed-loop system. It shows the dynamic modeling of the system in question based on the state of the art and presents two simplified models to perform the application of control theory. The test results show that the zero and gain settings are sufficient to ensure robust performance and stability with regard to several pre-defined operating points. This is one of the main characteristics of LMI¿s, which are mathematical tools widely applied in control theory, which allow the simultaneous treatment of several performance and robustness requirements. The technique used is the pole placement, which aims to allocate the system closed-loop poles in a specific region of the complex plane. Results of tests using the dynamic lateral and longitudinal models of F-16 aircraft are presented and discussed and compared.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloBS.pdf: 1886256 bytes, checksum: 468aa0bf31f319166e37328a170c3b50 (MD5) Previous issue date: 2007-10-19 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this work, the variable structure adaptive pole placement controller (VS-APPC) robustness and performance are evaluated and this algorithm is applied in a motor control system. The controller robustness evaluation will be done through simulations, where will be introduced in the system the following adversities: time delay, actuator response boundeds, disturbances, parametric variation and unmodeled dynamics. The VS-APPC will be compared with PI control, pole placement control (PPC) and adaptive pole placement controller (APPC). The VS-APPC will be simulated to track a step and a sine reference. It will be applied in a three-phase induction motor control system to track a sine signal in the stator reference frame. Simulation and experimental results will prove the efficiency and robustness of this control strategy / Neste trabalho, a robustez e o desempenho do controlador adaptativo por posicionamento de p?los e estrutura vari?vel (VS-APPC) s?o avaliados e este algoritmo ? aplicado em um sistema de controle de um motor. A avalia??o de robustez deste controlador ser? realizada atrav?s de simul??es, onde ser?o introduzidas as seguintes adversidades no sistema: atraso de transporte, limites da resposta no atuador, perturba??es, varia??o param?trica e din?mica n?o modelada. O VS-APPC ser? comparado com o controlador PI, com o controlador por posicionamento de p?los (PPC) e com o controlador adaptativo por posicionamento de p?los (APPC). O VS-APPC ser? simulado para rastrear uma refer?ncia degrau e senoidal. Ser? tamb?m aplicado no sistema de controle de um motor de indu??o trif?sico para rastrear um sinal senoidal no referencial estat?rico. Os resultados das simula??es e experimentais comprovar?o a efici?ncia e robustez desta estrat?gia de controle

O presente trabalho se propõe a elaborar algoritmos para controle robusto de sistemas de potência. O modelo de sistema de potência multimáquinas utilizado é o de pequenas perturbações, e o objetivo principal é aumentar o amortecimento dos autovalores críticos do sistema, garantindo sua estabilidade e desempenho em diversas condições operativas. Para isso, são utilizadas as Desigualdades Matriciais Lineares (ou LMI\'s), muito adequadas ao tratamento de problemas de controle robusto por sua flexibilidade e possibilidade de agrupamento de diversos requisitos de desempenho. São propostos, entre outros, três algoritmos fundamentais para controle robusto: dois estão relacionados ao controle descentralizado e com controladores de estrutura fixa, o que é muito comum na indústria de potência atualmente, e o outro está relacionado ao controle hierarquizado, que consiste na integração de várias camadas de controle utilizando sinais remotos. Os algoritmos de controle descentralizado propostos são inovadores, pois ambos os métodos permitem a utilização de controladores de estrutura fixa (qualquer que seja ela), e o algoritmo de controle hierarquizado propõe uma estrutura de controle inédita que utiliza aproximações de Padé de diversas ordens para representar os atrasos de comunicação no sistema. Durante a fase de projeto, pode-se escolher o atraso de comunicação, bem como a ordem da aproximação de Padé desejada. Nos algoritmos de controle robusto descentralizado, realizamos uma minimização da norma da matriz de ganhos estáticos do controlador, o que impede que o resultado do algoritmo sejam parâmetros de valores muito elevados e infactíveis para os controladores. A técnica utilizada para os três controladores propostos é o posicionamento de pólos, o que garante que os autovalores do sistema de potência em malha fechada estejam numa dada região do plano complexo, relacionada ao amortecimento mínimo desejado para os autovalores do sistema. Os testes e simulações realizados para validação dos algoritmos de controle robusto foram feitos em ambiente MATLAB, e foram utilizados diversos sistemas de potência: sistema New England de 39 barras e 9 geradores, sistema New England de 69 barras e 16 geradores e sistema New England de 39 barras utilizando modelos de termogeradores. Os testes sugerem que as técnicas propostas são eficazes, pois todas elas garantem boas taxas de amortecimento para os sistemas de potência utilizados. Ao final, simulações não-lineares comprovam a eficácia e a eficiência de um dos controladores projetados para o sistema New England de 39 barras. / The aim of this work is to elaborate robust control algorithms to power systems. The mathematical model employed to describe the multimachine power system is that used in small signal studies, and the main goal is to increase the damping of the critical eigenvalues of the system, guaranteeing its stability and performance in various operating conditions. To do this, we apply the Linear Matrix Inequalities (or simply LMI\'s), suitable to deal with robust control problems due to its flexibility and possibility to group many performance requisites. We propose three robust control algorithms: two of them are related to decentralized control with controllers of predefined structure, which are commonly used in the power industry, and the other one is related to the hierarchized control, which consists on the integration of various controllers layers using remote signals. The decentralized robust control algorithms proposed are novel, because both methods make possible the development of controllers of pre-defined structure, and the hierarchized control algorithm suggests a novel control structure that uses Padé approximations of different orders to represent the communication delays in the system. During the design, we can choose the communication delay, as well as the order of the Padé approximation desired. The decentralized robust control algorithms solve minimization problems over the controller gain matrix norm, which guarantees that the final values of the controller\'s parameters will not be much high and impracticable. The technique employed for the three types of controllers proposed is the pole placement, which ensures that the eigenvalues of the closed loop power system will be in a certain region of the complex plane, related to the minimum damping required for the system. Tests and simulations are done in MATLAB to validate the robust control algorithms, and we apply these algorithms to various power systems: 39-bus 9-machine New England power system, 69-bus 16-machine New England power systems and 39-bus New England power system with thermo machine models. The tests suggest that the proposed techniques work well, once all of them guarantee good damping rates to the power systems considered. To complete the tests round, nonlinear simulations proof the efficiency of the controllers designed for the 39-bus New England power system.