Neste trabalho, consideramos o problema de desacoplamento de perturbações por realimentação dinâmica regular do estado para sistemas não lineares afins. Utilizando a abordagem geométrica-diferencial, estabelecemos condições necessárias e suficientes de solução de tal problema. Mostramos que tais condições são baseadas na geometria de um sistema estendido, obtido pela colocação de integradores em série com as entradas do sistema original. Quando tal problema e solúvel, mostramos também que o algoritmo de extensão dinâmica permite a construção do compensador solução. Como um subproduto de tais técnicas, obtemos uma forma geométrica de determinação da estrutura algébrica no infinito, através da geometria do sistema estendido. / In this work we consider the Problem of Disturbance Decoupling by Regular Dynamic Feedback for the class of affine nonlinear systems. We use the so-called Differential Geometric Approach to derive the necessary and sufficient conditions for this problem\'s solution. We show that the solvability of this problem is governed by the geometry of an Extended System obtained by putting integrators in series with the inputs of the original system. When the necessary conditions are satisfied, we show that the well known dynamic extension algorithm can be used to construct a solution. We also show that the algebraic structure at infinity can be computed by geometric methods with the aid of the Extended System.

Este trabalho apresenta e desenvolve uma metodologia empírica para modelar e obter as funções de derivadas instantâneas para sistemas dinâmicos não-lineares, utilizando integradores numéricos neurais de múltiplos passos do tipo Adams-Bashforth. A modelagem empírica consiste em utilizar as estruturas de integradores numéricos consideradas, tanto para gerar os valores de entrada/saída de treinamento da rede neural, durante a própria fase de treinamento, como também, na fase de simulação, acopladas sempre a uma rede feedforward. As estruturas dos integradores são utilizadas para fornecer uma solução discreta para sistemas de equações diferenciais ordinárias, enquanto a rede neural apenas precisa obter e aprender empiricamente as funções de derivadas instantâneas. Esta abordagem permite introduzir um treinamento supervisionado off-line que não necessita trabalhar excessivamente com funções compostas, e assim evitar significativamente o uso da regra da cadeia. Desta forma, esta metodologia original e alternativa lida com problemas não-lineares mais complexos apenas utilizando combinações lineares do algoritmo backpropagation, aqui estendido. A modelagem computacional empírica para as funções de derivadas médias usando apenas o integrador de primeira ordem do tipo Euler é também implementada. Ambos desenvolvimentos considerados são aplicados e testados em sistemas dinâmicos não-lineares autônomos, sobre dois exemplos distintos, um pêndulo simples não-linear e outro modelo abstrato envolvendo controle.

Esta tese trata do problema de controle adaptativo de sistemas dinâmicos não-lineares utilizando realimentação de saída e redes neurais artificiais. Para o esquema de controle que utiliza linearização entrada-saída em conjunto com redes neurais artificiais, é mostrado que a condição de magnitude relacionada ao termo de eficácia de controle do modelo nominal não é requerida para que haja garantia de existência para a solução deste problema e, através de um exemplo simples, é mostrado como as hipóteses teóricas relacionadas a este termo podem ser satisfeitas e são dadas orientações gerais relacionadas à seleção deste parâmetro. Adicionalmente, é proposta uma extensão para utilização de redes não-linearmente parametrizadas, sendo as leis de adaptação implementáveis e obtidas utilizando-se análise de estabilidade tipo Lyapunov. A técnica aplicável aos sistemas SISO é também validada em dois sistemas MIMO onde é utilizada uma mudança de variáveis de controle e cooperação implícita entre controladores. O problema de controle de sistemas MIMO subatuados, utilizando cancelamento parcial de não-linearidade, é formulado baseado na relação existente entre sistemas dinâmicos subatuados e sistemas dinâmicos de fase não-mínima. Resultados desta técnica são ilustrados aplicando-a em um modelo de helicóptero com três graus de liberdade.

Fontes sintetizadas são subsistemas presentes em muitos sistemas de microondas empregados em áreas como telecomunicações, instrumentação e lógica rápida. Estes subsistemas são responsáveis pela geração de sinais com alta estabilidade em freqüência, senoidais ou não, e são formados por diversos circuitos interconectados. Dentre estes circuitos, o oscilador controlado por tensão ou VCO (do inglês "Voltage Controlled Oscillator") é um dos principais. Este trabalho apresenta contribuições para o dimensionamento de fontes sintetizadas em nível sistêmico e circuital. No primeiro, foram estudados o comportamento transitório no domínio do tempo e as características de ruído de fase no domínio da freqüência. Para levar em conta o efeito de não-linearidades no estudo de comportamento transitório, foi desenvolvido um programa de computador que resolve as equações diferenciais da fonte sintetizada. Este programa possibilita o cálculo de parâmetros temporais como o tempo de aquisição e outros. Para determinação do ruído de fase de fontes sintetizadas, foi escrito outro programa de computador que realiza a análise no domínio da freqüência. Este programa permite grande flexibilidade na descrição dos componentes da fonte sintetizada e serve como base para uma estratégia de otimização das características de ruído de fase. No nível circuital, foi abordado o projeto do VCO. Para tal, inicialmente foram estudados os osciladores de freqüência fixa. Este estudo foi aplicado no projeto, construção e caracterização de um protótipo a transistor bipolar e 1 GHz. Com base na experiência adquirida em osciladores de freqüência fixa, partiu-se então para o estudo de VCO's com o objetivo de estabelecer um procedimento de projeto. Este procedimento foi avaliado por meio da construção e caracterização de um protótipo. Os resultados obtidos foram plenamente satisfatórios, validando o procedimento desenvolvido.

The advancement of renewable energies is dependent on the reduction of the costs involved. One way to diminish the maintenance costs and increase the lifetime of wind turbines is to mitigate the loads and fatigue experienced by their components. Present commercial wind turbine control systems rely usually on feedback. As the control system can act only on errors that are already present, the regulation quality is restricted due to the large rotor inertia. In this work a H2 feedforward blade pitch controller is designed using an algorithm optimized for preview control. The used design method is more computationally efficient and numerically stable than the ones adopted in the preceding literature. The control objectives of the feedforward controller are to regulate the generator speed, reduce tower loads and preserve the pitch system. The controller input is a previewed effective wind speed estimate measured by a LIDAR detector. The validation of the system performance is made with aeroelastic simulations of a reference wind turbine equipped with both baseline and feedforward-enhanced controllers. The simulations are made using the FAST simulator with input wind provided by TurbSim. The results show that the designed controller is able to reduce generator speed fluctuations, tower loads and pitch activity without reducing the generated power, contributing to the turbine lifetime and hence decreasing the cost of energy. The work indicates the feasibility and effectiveness of the design technique and lays ground for future works on the area of feedforward wind turbine pitch control.

Este trabalho visa contribuir para redução do grau de rejeição de próteses para membros superiores, tornando-as mais funcionais e eficientes. Tais propósitos são almejados por meio do estudo centrado no desenvolvimento de uma plataforma eletrônica de controle e nos demais constituintes de uma prótese. Dentre eles estão os atuadores, sensores, mecanismos e o programa de gerenciamento, que integra todos os componentes para as ações da prótese. Para esse trabalho foi usado somente um dedo para a execução de todos os testes, sendo esse dedo compatível com o desenvolvimento de uma prótese antropomórfica multifunção. O paciente comanda as ações da prótese ao enviar suas decisões à ela por meio de sinal mioelétrico, mas as ações da mesma são executadas de forma inconsciente. Isto é possível devido ao programa de gerenciamento, que controla os movimentos antropomórficos a partir de trajetórias definidas e também pelas informações de sensações de força e temperatura para o paciente, realimentação proprioceptiva. / This work contributes to minimize the rejection level of upper limb prosthesis, keeping it more function and efficient. This achieved by the development of a control electronic platform and the others prosthesis components, like actuators, sensors, mechanisms and the management program, that integrate all the components to actions of prosthesis. In this work was used only one finger to perform of all tests, and this finger is compatible with the development of a multifunction anthropomorphic prosthesis. The user command comes from myoelectric signal, but the actions in the prosthesis are executed unconsciously. The management program control the anthropomorphic movements based on defined trajectory and create information of force and temperature sensation to the user, proprioceptive feedback.

As válvulas de controle são elementos finais muito importantes na indústria de processos, pois são as responsáveis por controlar a pressão em dutos ou vazão dos fluidos de processo, impactando diretamente na qualidade do produto final. Por serem elementos mecânicos móveis estão sujeitas ao atrito, uma não linearidade que quando excessiva, pode causar oscilações e erros na abertura da válvula. A presença de oscilações nas malhas de controle aumenta a variabilidade das variáveis de processo, o desgaste dos componentes e o consumo de energia, além de provocar o desperdício de materiais. O desenvolvimento de novas técnicas de compensação de atrito é fundamental para melhorar o desempenho das malhas de controle, sendo, portanto, de grande interesse para a indústria de processos industriais. Este trabalho apresenta o estudo de cinco compensadores não lineares: controlador rastreador de trajetória, controlador por modos deslizantes, controlador por modos deslizantes integrador, controlador por modelo interno não linear e controlador PI não linear, os quais são desenvolvidos desde a teoria à implementação prática em uma válvula de controle real. Os resultados obtidos, mostram que os controladores projetados apresentaram desempenho bastante satisfatórios, sendo que o controlador por modos deslizantes e por modos deslizante integrador apresentaram os melhores desempenho. / Control valves are very important final elements in process industry, due they are the responsible to control the pressure in pipelines and the flow of the process fluids, directly impacting in the quality of the final product. Due to the mechanical mobile elements, they are subjected to friction, a nonlinearity that can generate oscillations and errors in the valve aperture. Oscillations in the control loops increase the process variability, wear in the actuators and the power consumption, besides generating raw material waste. The development of new friction compensation techniques is very important to increase the control loops performance, therefore, it is of great interest for the process industry. This work presents the study of five nonlinear compensators: Trajectory tracking controller, sliding mode controller, sliding mode controller integrator, nonlinear internal model controller and nonlinear PI controller, which ones are developed from theory to practical implementation in a real control valve. The results show that the controllers presented satisfactory performance, where the sliding mode controller and sliding mode control integrator presented the best performance.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-08-21Bitstream added on 2014-06-13T21:01:21Z : No. of bitstreams: 1 faria_fa_dr_ilha.pdf: 872755 bytes, checksum: d14b68025a60624f43ac43ae6b5e757e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Já é conhecido da teoria de controle clássico, que a realimentação derivativa pode ser útil e em alguns casos, essencial para a obtenção do desempenho desejado. Além disso, existem problemas práticos em que a derivada dos estados é mais fácil de se obter do que os sinais dos estados. Por exemplo, nos seguintes problemas: controle de vibrações de sistemas mecânicos, sistemas de suspensão de automóveis, controle de vibrações em pontes suspensas e controle de vibrações na aterrissagem de aviões. O principal sensor usado nesses problemas é o acelerômetro. A partir do sinal do acelerômetro é possível obter com precisão a velocidade, mas não o deslocamento. Definindo o deslocamento e a velocidade como as variáveis de estado, então apenas os sinais da derivada dos estados estão disponíveis para a realimentação. A realimentação derivativa foi usada recentemente no projeto de sistemas lineares. Os procedimentos consideram o problema de alocação de pólos (ABDELAZIZ; VALÁŠEK, 2004, 2005) e o projeto de reguladores lineares quadráticos (DUAN; NI; KO, 2005). Infelizmente esses resultados não podem ser usados em sistemas incertos ou sujeitos à falhas estruturais. Para resolver esse caso, projetos baseados em DesigualdadesMatriciais Lineares (LMIs) foram propostos em (FARIA, 2005; ASSUNÇÃO et al., 2007e; FARIA; ASSUNÇÃO; TEIXEIRA, 2009a; CARDIM et al., 2008; FARIA et al., 2009c). LMIs podem ser facilmente resolvidas com softwares de otimização, tais como os pacotes “LMI control toolbox” e “SeDuMi” do MATLAB. Este trabalho aborda o projeto de controladores para sistemas descritores usando a realimentação da derivada dos estados. São apresentadas condições necessárias e suficientes baseadas em LMIs para a estabilidade assintótica de sistemas descritores. Como a estabilidade nem sempre é suficiente, posteriormente... / From classical control theory, it is well-known that state-derivative feedback can be very useful, and even in some cases essential to achieve a desired performance. Moreover, there exist some practical problems where the state-derivative signals are easier to obtain than the state signals. For instance, in the following applications: suppression of vibration in mechanical systems, control of car wheel suspension systems, vibration control of bridge cables and vibration control of landing gear components. The main sensor used in these problems is the accelerometer. In this case, from the signals of the accelerometers it is possible to reconstruct the velocities with a good precision but not the displacements. Defining the velocities and displacement as the state variables, then one has available for feedback the state-derivative signals. Recent researches about state-derivative feedback design for linear systems have been presented. The procedures consider, for instance, the pole placement problem (ABDELAZIZ; VALÁŠEK, 2004, 2005), and the design of a Linear Quadratic Regulator (DUAN; NI; KO, 2005). Unfortunately these results are not applied to the control of uncertain systems or systems subject to structural failures. For this case, Linear Matrix Inequalities (LMIs) based designs were recently proposed in (FARIA, 2005; ASSUNÇÃO et al., 2007e; FARIA; ASSUNÇÃO; TEIXEIRA, 2009a; CARDIM et al., 2008; FARIA et al., 2009c). LMIs can be easily solved with optimization softwares, such as the packages “LMI control toolbox” and “SeDuMi” of MATLAB. This work focuses control designs for descriptor systems using the state-derivative feedback. Necessary and sufficient LMI-based conditions for asymptotically stability of descriptor systems are presented. As the stability of a control system is insufficient to obtain a suitable performance... (Complete abstract click electronic access below)

O processo de organização e recuperação de imagens apresenta inúmeros problemas a serem abordados, compreender o significado subjetivo de uma consulta visual por meio de parâmetros numéricos que podem ser extraídos e comparados por meio de um computador é um dos maiores desafios. A disparidade entre a comparação realizada pela máquina e o que de fato o ser humano interpreta de uma consulta visual é denominado de lacuna semântica. Diversos trabalhos na literatura abordam técnicas para diminuir essa disparidade. Nesse contexto, a abordagem de realimentação de relevância apresenta-se como um meio eficaz para capturar a intenção do usuário e reduzir a diferença entre os conceitos semânticos oriundos da percepção visual do usuário, bem como das características visuais de baixo nível extraídas automaticamente de uma imagem. Entretanto, a lacuna semântica ainda é um desafio a ser vencido. Por tal motivo, o presente trabalho tem por objetivo o estudo, análise e proposta de um arcabouço para recuperação de imagens o qual combina a realimentação de relevância unida a algoritmos evolutivos visando aproximar a expectativa do usuário em relação aos resultados retornados pela recuperação de imagens, por meio da captura de intenção do mesmo e posterior definição dos parâmetros mais adequados. Para tanto, a ideia principal do trabalho é inserir memória de aprendizado ao processo de recuperação de imagens por conteúdo, armazenando os dados da interação do usuário com o sistema em perfis, os quais posteriormente serão utilizados para prover respostas ao usuário de maneira personalizada, consequentemente, contribuindo para diminuição da lacuna semântica. / The process of organization and retrieval of images presents numerous problems to be addressed, to understand the subjective meaning of a visual query through numerical parameters that can be extracted and compared by a computer is a challenge. The disparity between the comparison performed by the machine and that in fact the human being interprets a visual query is known as semantic gap. Several studies in the literature techniques to address this gap. In this context, relevance feedback (RF) is an effective approach to capture user intent and reduce the difference between semantic concepts and the visual characteristics of an image. However, the semantic gap is still a challenge to be overcome, therefore, the present work aims to study, analysis and proposal for a new framework for image retrieval through relevance feedback combined with evolutionary algorithms aiming to bring the user’s expectation througth the results returned by the retrieval of images through the his intention and definition of the most appropriate parameters. To this end, the main idea of the work is to insert learning memory in a content-based image retrieval system for this by storing the user interaction data with the system profiles so that later these data are able to provide parameters for the system “learn” and respond to personalized user and need. Thus, contributing to reduction of existing semantic gap between the results of a retrieval operation and indeed expected images for a specific context, improving the efficiency and effectiveness of the retrieval process.

O processo de organização e recuperação de imagens apresenta inúmeros problemas a serem abordados, compreender o significado subjetivo de uma consulta visual por meio de parâmetros numéricos que podem ser extraídos e comparados por meio de um computador é um dos maiores desafios. A disparidade entre a comparação realizada pela máquina e o que de fato o ser humano interpreta de uma consulta visual é denominado de lacuna semântica. Diversos trabalhos na literatura abordam técnicas para diminuir essa disparidade. Nesse contexto, a abordagem de realimentação de relevância apresenta-se como um meio eficaz para capturar a intenção do usuário e reduzir a diferença entre os conceitos semânticos oriundos da percepção visual do usuário, bem como das características visuais de baixo nível extraídas automaticamente de uma imagem. Entretanto, a lacuna semântica ainda é um desafio a ser vencido. Por tal motivo, o presente trabalho tem por objetivo o estudo, análise e proposta de um arcabouço para recuperação de imagens o qual combina a realimentação de relevância unida a algoritmos evolutivos visando aproximar a expectativa do usuário em relação aos resultados retornados pela recuperação de imagens, por meio da captura de intenção do mesmo e posterior definição dos parâmetros mais adequados. Para tanto, a ideia principal do trabalho é inserir memória de aprendizado ao processo de recuperação de imagens por conteúdo, armazenando os dados da interação do usuário com o sistema em perfis, os quais posteriormente serão utilizados para prover respostas ao usuário de maneira personalizada, consequentemente, contribuindo para diminuição da lacuna semântica. / The process of organization and retrieval of images presents numerous problems to be addressed, to understand the subjective meaning of a visual query through numerical parameters that can be extracted and compared by a computer is a challenge. The disparity between the comparison performed by the machine and that in fact the human being interprets a visual query is known as semantic gap. Several studies in the literature techniques to address this gap. In this context, relevance feedback (RF) is an effective approach to capture user intent and reduce the difference between semantic concepts and the visual characteristics of an image. However, the semantic gap is still a challenge to be overcome, therefore, the present work aims to study, analysis and proposal for a new framework for image retrieval through relevance feedback combined with evolutionary algorithms aiming to bring the user’s expectation througth the results returned by the retrieval of images through the his intention and definition of the most appropriate parameters. To this end, the main idea of the work is to insert learning memory in a content-based image retrieval system for this by storing the user interaction data with the system profiles so that later these data are able to provide parameters for the system “learn” and respond to personalized user and need. Thus, contributing to reduction of existing semantic gap between the results of a retrieval operation and indeed expected images for a specific context, improving the efficiency and effectiveness of the retrieval process.