Orientadores: Pedro Luis Dias Peres, Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-25T15:07:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lacerda_MarcioJunior_D.pdf: 1206868 bytes, checksum: c5abb83323581461eb40c95f27c95097 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho apresenta novas condições na forma de desigualdades matriciais lineares para o projeto de filtros H-infinito de ordem completa em três diferentes contextos: i) sistemas lineares incertos discretos com um atraso variante no tempo afetando os estados; ii) sistemas lineares com parâmetros variantes no tempo, contínuos e discretos, sujeitos a incertezas nas medições dos parâmetros; iii) sistemas não lineares quadráticos contínuos e discretos no tempo. Para cada contexto, o objetivo é projetar filtros: i) com termos atrasados nos estados; ii) dependentes dos parâmetros incertos medidos; iii) com termos quadráticos. Em cada um dos casos, o ponto de partida é a existência de uma função de Lyapunov que assegure estabilidade e um limitante para a norma H-infinito do sistema aumentado, ou seja, o sistema original conectado com o filtro de ordem completa. As condições de projeto são obtidas impondo-se uma determinada estrutura para as variáveis de folga, resultando em desigualdades matriciais com parâmetros escalares. A eficácia das condições apresentadas é ilustrada por meio de comparações numéricas utilizando exemplos da literatura / Abstract: This work presents new conditions in the form of linear matrix inequalities for full order H-infinity filter design in three different contexts: i) uncertain linear discrete-time systems with a time-varying delay affecting the states ii) linear parameter-varying systems, continuous and discrete-time, subject to inexactly measured parameters; iii) continuous and discrete-time nonlinear quadratic systems. For each context, the aim is to design filters: i) with state-delayed terms; ii) dependent upon the inexactly measured parameters; iii) with quadratic terms. In each case, the starting point is the existence of a Lyapunov function that assures stability and a bound to the H-infinity norm of the augmented system, that is, the original system conected with the full order filter. The design conditions are obtained by imposing a given structure to the slack variables, resulting in matrix inequalities with scalar parameters. The effectiveness of the proposed conditions is illustrated by means of numerical comparisons and benchmark examples from the literature / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Gilmar Barreto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-26T06:42:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Battaglin_PauloDavid_D.pdf: 3180685 bytes, checksum: 5e1e9893bb97a4df42116a4c0d8b10d6 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho mostrará a aplicação do filtro de Kalman a um processo computacional discreto, o qual será representado por um modelo matemático que é um sistema de equações lineares, multivariáveis, discretas, estocásticas e variantes no tempo. As contribuições desta pesquisa evidenciam a construção de um modelo matemático apropriado de observabilidade instantânea para representar sistemas que variam rapidamente no tempo; a construção dos fundamentos teóricos do filtro de Kalman a ser aplicado em sistemas lineares, multivariáveis, discretos, estocásticos e variantes no tempo; bem como a construção deste filtro neste contexto e sua aplicação a um processo computacional discreto. Neste trabalho propomos um método para determinar: a matriz de observabilidade instantânea, o vetor de estimação de estado interno, a matriz de covariâncias de erros de estimação de estado interno e a latência de um processo computacional discreto, quando as medidas na saída do computador são conhecidas. Aqui mostramos que quando a propriedade observabilidade instantânea do sistema é verificada, a latência de um processo computacional pode ser estimada. Esta é uma vantagem comparada com os métodos de observabilidade usual, os quais são baseados em cenários estáticos. A aplicação potencial dos resultados deste trabalho é na predição de congestionamentos em processos que variam no tempo e acontecem em computadores digitais. Em uma perspectiva mais ampla, o método da observabilidade instantânea pode ser aplicado na identificação de patologias, na previsão de tempo, em navegação e rastreamento no solo, na água e no ar; no mercado de ações e em muitas outras áreas / Abstract: This work will show the application of the Kalman filter to a discrete computational process, which will be represented by a mathematical model: a system of linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying equations. The contributions of this research show the construction of an appropriate mathematical model of instantaneous observability to represent systems that vary quickly in time; the construction of the theoretical foundations of the Kalman filter to be applied to a linear, multivariable, discrete, stochastic and time-varying system; the construction of this filter in this context and its application to a discrete computational process. In this research we propose a method to determine: the instantaneous observability matrix, the internal state vector estimation, Covariance matrix of internal state estimation error and the latency of a digital computational process, when the measures on the computer output are known. Here we show that when the instantaneous observability property of the system comes true, a computing process latency can be estimated. This is an advantage compared to usual observability methods, which are based on static scenarios. The potential application of the results of this work is to predict bottlenecks in time-varying processes which happen inside the discrete computers. In a broader perspective, the instantaneous observability method can be applied on identification of a pathology, weather forecast, navigation and tracking on ground, in the water and in the air; in stock market prediction and many other areas / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Petronio Pulino / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-23T01:06:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezMiranda_JuanCarlos_M.pdf: 6493367 bytes, checksum: 4c92920b543f2973fc3063991c696c72 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O Método dos Elementos Finitos representou nos últimos anos uma ferramenta fundamental no estudo de problemas de contorno. A evolução desde sua formulação fundamental a partir do Método de Galerkin clássico até sua versão com refinamento hp, se tornou na base dos métodos numéricos mais avançados como é o Método de Galerkin Descontinuo. O Método dos Elementos Finitos de Alta Ordem juntamente com os Métodos Espectrais usados na obtenção de soluções numéricas para problemas de contorno com fronteira descontinua, serão nosso objeto de estudo nesta Dissertação. Desde sua formulação matemática fundamental, por intermédio da escolha apropriada das funções hierárquicas que compõem os espaços de aproximação, assim como a montagem dos sistemas lineares locais e sua respectiva utilização no sistema linear global esparso, cuja solução é obtida pelo método iterativo de Gradiente Conjugado usando diversos Precondicionadores, será o caminho a seguir / Abstract: The Finite Element Method developed in the last decades has been the most important tool in the study of Boundary Value Problems. Your evolution from its fundamental formulation using the Galerkin Method to the hp-adaptive finite element methods (hp-FEM), provided the necessary foundation for more advanced Numerical Methods like the Galerkin Discontinuous Method. The Finite Element Method of Higher Order, together with the Spectral formulation as a numerical method to solve Boundary Problems with Discontinuous Boundary, is the objective of study to this dissertation. The fundamental mathematical formulation of the finite element methods, passing through of to choose of hierarchical basis functions, also the assembly of local linear systems and it posteriorly use to construct a Sparse Linear System, whose solution is obtained for an iterative Preconditioner Gradient Method / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Juan Francisco Camino dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:28:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_LuisAntonio_M.pdf: 1882720 bytes, checksum: efb662d3473168965c88de41357ef029 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho investiga os problemas de estabilidade assintótica e desempenho H'INFINITO' de sistemas lineares a parâmetros variantes discretos no tempo. São fornecidas condições suficientes para análise de estabilidade, análise de desempenho H'INFINITO' e síntese de controladores estáticos de realimentação de saída robustos e por ganho escalonado. Além disso, é proposto um método de parametrização polinomial homogênea de sistemas LPV afins. Assume-se que a matriz do sistema tem dependência polinomial homogênea de grau arbitrário sobre os parâmetros que variam dentro de um politopo com conhecidos limitantes sobre suas taxas de variação. As propriedades geométricas do domínio politópico são exploradas para se obter um conjunto finito de desigualdades matriciais lineares que levam em consideração os limitantes sobre as taxas de variação dos parâmetros. As condições LMIs são obtidas usando uma função de Lyapunov quadrática nos estados com dependência polinomial homogênea dos parâmetros variantes em instantes sucessivos de tempo. As condições fornecidas são aplicadas no modelo LPV de um sistema vibroacústico. Comparações com resultados numéricos encontrados na literatura mostram os benefícios das técnicas propostas / Abstract: This work investigates stability and H'INFINITE' performance of discrete-time linear parameter varying systems. Sufficient conditions for stability analysis, H'INFINITE' performance analysis and synthesis of both robust and gain-scheduled static output feedback controller are provided. It is assumed that the system matrices have a homogeneous polynomial dependence of arbitrary degree on the time-varying parameters. Thus, a homogeneous-polynomially parametrization method for affine LPV systems is proposed. The parameters are assumed to vary inside a polytope and to have known bounds on their rates of variation. The geometric properties of the polytopic domain are exploited to derive a finite set of LMIs that take into account the bounds on the rates of variation of the scheduling parameters. The LMI conditions are obtained using a quadratic in the state Lyapunov function with a homogeneous polynomial dependence on the scheduling parameters at successive instants of time. The proposed techniques are applied to an LPV model of a vibroacoustic setup. Comparisons with numerical results found in literature show the benefits of the proposed approach / Mestrado / Mecanica dos Sólidos e Projeto Mecanico / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-27T01:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Casacio_Luciana_D.pdf: 3240577 bytes, checksum: f49bb4444bbbfacf0559d3b88d8feee5 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A solução de problemas de otimização linear através de métodos de pontos interiores envolve a solução de sistemas lineares. Esses sistemas quase sempre possuem dimensões elevadas e alto grau de esparsidade em aplicações reais. Para solução, tipicamente são realizadas operações algébricas que os reduzem a duas formulações mais simples: uma delas, conhecida por "sistema aumentado", envolve matrizes simétricas indefinidas e geralmente esparsas; a outra, denominada "sistema de equações normais", usa matrizes de menor dimensão, simétricas e definidas positivas. A solução dos sistemas lineares é a fase que requer a maior parte do tempo de processamento dos métodos de pontos interiores. Consequentemente, a escolha dos métodos de solução é de extrema importância para que se tenha uma implementação eficiente. Normalmente, aplicam-se métodos diretos para a solução como, por exemplo, a fatoração de Bunch-Parllett ou a fatoração de Cholesky. No entanto, em problemas de grande porte, o uso de métodos diretos torna-se desaconselhável, por limitações de tempo e memória. Nesses casos, abordagens iterativas se tornam mais atraentes. O sucesso da implementação de métodos iterativos depende do uso de bons precondicionadores, pois a matriz de coeficientes torna-se muito mal condicionada, principalmente próximo da solução ótima. Uma alternativa para tratar o problema de mal condicionamento é o uso de abordagens híbridas com duas fases: a fase I utiliza um precondicionador para o sistema de equações normais construído com informações de fatorações incompletas, denominado fatoração controlada de Cholesky; a fase II, utilizada nas últimas iterações, adota o precondicionador separador desenvolvido especificamente para sistemas mal condicionados. O trabalho propõe um novo critério de ordenamento das colunas para construção do precondicionador separador, que preserva a estrutura esparsa da matriz de coeficientes original. Os resultados teóricos desenvolvidos mostram que a matriz precondicionada tem o número de condição limitado quando o ordenamento proposto é adotado. Experimentos computacionais realizados com todos os problemas da biblioteca NETLIB mostram que a abordagem é competitiva com métodos diretos e que o número de condição da matriz precondicionada é muito menor do que o da matriz original. Foram também realizadas comparações com a abordagem híbrida anterior, baseada em precondicionadores que reduzem a esparsidade do sistema de equações. Esses experimentos confirmaram o bom desempenho da metodologia em relação ao número de iterações dos métodos de pontos interiores, aos tempos computacionais e à qualidade das soluções. Esses benefícios foram obtidos com a preservação da esparsidade dos sistemas de equações, o que destaca a adequação da abordagem proposta para a solução de problemas de grande porte / Abstract: The solution of linear optimization problems through interior point methods involves the solution of linear systems. These systems often have high dimensions and high sparsity degree, specially in real applications. Typically algebraic operations are performed to reduce the systems in two simpler formulations: one of them is known as the augmented system, and the other one, referred as normal equation systems, has a smaller dimension matrix which is symmetric positive definite. The solution of linear systems is the interior point methods step that requires most of the processing time. Consequently, the choice of the solution methods are extremely important in order to have an efficient implementation. Usually, direct methods are applied for solving these systems as, for example, Bunch-Parllett factorization or Cholesky factorization. However, in large scale problems, the use of direct methods becomes discouraging by limitations of time and memory. In such cases, iterative approaches are more attractive. The success of iterative method approaches depends on good preconditioners once the coefficient matrix becomes very ill-conditioned, especially close to an optimal solution. An alternative to treat the problem of ill conditioning is to use hybrid approaches with two phases: phase I uses a preconditioner for the normal equation systems built with incomplete factorizations information, called controlled Cholesky factorization; phase II, used in the final iterations, adopts the splitting preconditioner, which was developed specifically for such ill conditioned systems. This work proposes a new ordering criterion for the columns of the splitting preconditioner that preserves the sparse structure of the original coefficient matrix. Theoretical results show that the preconditioned matrix has a limited condition number when the proposed idea is adopted. Computational experiments performed with all NETLIB problems show that the approach is competitive with direct methods and the condition number of the preconditioned matrix is much smaller than the original matrix. Comparisons are also performed with the previous hybrid approach. These experiments confirm the good performance of the methodology. The final number of iterations, processing time and quality of solutions of interior point methods are suitable. These benefits are obtained preserving the sparse structure of the systems, which highlights the suitability of the proposed approach for large scale problems / Doutorado / Automação / Doutora em Engenharia Elétrica

Neste trabalho estudamos a estabilidade assintótica de Lagrange para duas classes de sistemas, sob as hipóteses de detetabilidade fraca e de limitação do custo medio a longo prazo. Para sistemas lineares com saltos markovianos com rudo aditivo, a equivalência entre estabilidade e as condições mencionadas sera provada. Para sistemas dinâmicos generalizados, provaremos a estabilidade sob uma condição adicional / In this work we study Lagrange asymptotic stability for two classes of systems, under conditions of weak detectability and boundedness of the long run average cost. For Markov jump linear systems with additive noise, the equivalence between stability and the aforementioned conditions is proved. For generalized dynamical systems, we prove stability under an additional condition

Neste trabalho estudamos um controlador denominado rastreador linear quadrático (RLQ) com custo médio de longo prazo (CMLP) para sistemas lineares com saltos markovianos (SLSM). Mostramos que o conceito de detetabilidade uniforme, juntamente com a hipótese de que o regulador linear quadrático associado ao RLQ tenha custo uniformemente limitado, são suficientes para que o controle obtido seja estabilizante em um certo sentido. A partir deste resultado, e considerando as mesmas hipóteses, demonstramos a existência do CMLP. Com isto, estendemos os resultados dispostos na literatura desde que consideramos um sistema variante no tempo e uma estrutura mais geral para a cadeia deMarkov. Além disto, avaliamos a aplicação deste controlador no planejamento da operação de um sistema hidrotérmico. Para isto, utilizamos o sistema de usinas do rio São Francisco, em dois casos de estudo, para comparar o desempenho do controlador estudado em relação à solução ótima para o problema, encontrada com o uso da programação dinâmica estocástica, e em relação à solução obtida via programação dinâmica determinística. Os resultados sugerem que o RLQ pode representar uma alternativa interessante para o problema de planejamento hidrotérmico / In the present work we study the reference tracking controller (RTC) for the long run average cost (LRAC) problem for Markov jump linear systems. We show that uniform detectability and an hypothesis that the linear quadratic regulator associated with the RTC has uniformly bounded cost, together, are sufficient conditions for the obtained control be exponentially stabilizing in a certain sense. This result allows us to demonstrate the existence of the LTAC under the same hypotheses. The results can be regarded as an extension of previous works, since we have considered a more general framework with time-varying systems and quite general Markov chains. As an applicatioin, we consider the operational planning of hydrothermal systems. We have considered some power plants of the Sao Francisco river, in two different scenarios, and we have compared the performances of the RTC and standard controls obtained by deterministic and stochastic dynamic programming, indicating that the RTC may be an interesting alternative for the hydrothermal planning problem

[pt] O desenvolvimento e/ou a adaptação de métodos numéricos para aplicação em análises computacionais de estabilidade de sistemas elétricos no domínio do tempo costumam despertar interesse em função das dificuldades de solução das equações diferenciais e algébricas (EDAs) que representam a rede e seus componentes. Condições de operações muito carregadas e compensadas dificultam a solução, devido, p.ex., ao mau condicionamento da matriz Jacobiana, instabilidade numérica e singularidade. Uma dessas dificuldades pode surgir durante a solução de equações não lineares, especificamente no problema linear do tipo Ax = b. Para contornar estas e outras dificuldades, a presente tese procurou contribuir no aspecto numérico do problema destacando a aplicação do método iterativo Resíduo Mínimo Generalizado - GMRES na solução do problema. Optou-se por trabalhar na qualidade do pré-condicionador construído com base na matriz Jacobiana calculada no início do processo de solução. Verificou-se que, se esta matriz estiver bem condicionada, a qualidade do pré-condicionador resultante dela é boa para o GMRES atingir a convergência em poucas iterações. Comprovou-se através de experimentos numéricos com diferentes sistemas-teste e diferentes condições de operação, que o condicionamento da matriz Jacobiana é melhorado se escalonada, normalizada e reordenada antes da construção do pré-condicionador, resultando, de fato, num pré-condicionador de boa qualidade, agindo positivamente no desempenho do GMRES e consequentemente no processo global de solução. / [en] The development and/or adaptation of numerical methods when applied to power systems stability computer simulations in time domain are of interest due to the difficulties related to the solution of the algebraic differential equations (ADEs) which represent the network and its components. The solution of networks operating under heavy load conditions and extremely compensated is difficult due to the ill-conditioning of the Jacobian matrix, numerical instability and singularity. It can happen, for instance, when solving linear problems of type Ax = b. In order to overcome this and other difficulties, this thesis aims to contribute in the numerical aspect of the problem applying the Generalized Minimal Residual method – GMRES to solve the problem. The idea is to work over the preconditioner quality constructed based on the Jacobian matrix. It is shown that, if this matrix is well conditioned, the quality of the resulting preconditioner is good enough to the GMRES reaches convergence in few iterations. It is seen through numerical experiments using different test-systems and different operating conditions as well, that the Jacobian matrix conditioning is improved if scaled, normalized and reordered before the preconditioner construction, resulting, in fact, in a high quality preconditioner, improving the GMRES performance.

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira / Resumo: Esta tese propõe projetos de controle H_infinito e controle H_infinito chaveado para uma classe de sistemas lineares com incertezas invariantes no tempo, nos quais apenas a derivada do vetor de estado é considerada para realimentação. Neste cenário, as estratégias propostas utilizam dinâmicas auxiliares, cujas variáveis de estado estão disponíveis para realimentação, para controlar a planta original. São propostas estruturas e procedimentos de projeto por meio de desigualdades matriciais lineares. A primeira estrutura de controle apresentada, considera a saturação do atuador e um integrador para definir a estratégia de controle, e se as condições propostas são factíveis, assegura que o ponto de equilíbrio do sistema de malha fechada seja localmente assintoticamente estável, para todas as condições iniciais em uma região elipsoidal, contida em uma determinada região definida para a nova dinâmica. Na segunda estrutura, é proposta uma técnica sem o uso de integradores para definir as estratégias para o controle chaveado e controle H_infinito chaveado, para plantas com e sem saturação da entrada de controle. Na terceira estrutura, considera-se um caso mais geral porém com o uso de integradores para definir as estratégias para o controle chaveado e controle H_infinito chaveado, para plantas sem saturação da entrada de controle. Embora todos os projetos propostos considerem a dinâmica auxiliar, são asseguradas as propriedades de estabilidade, taxa de decaimento e custo garantido pa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis proposes H_infinite switched control designs for a class of linear systems with time invariant uncertainties, where only the derivative of the state vector is considered for feedback. In this scenario, the proposed strategies use auxiliary dynamics, whose state variables is accessible for feedback, to control the original plant. The proposed structures and design procedures are based on LinearMatrix Inequalities (LMIs). The first structure considers the actuator saturation and an integrator to define the control strategy, and if the proposed conditions are feasible, it assures that the equilibrium point of the closed-loop system is locally asymptotically stable, for all initial conditions in an ellipsoidal region, which is within a given region defined for this new dynamic. In the second structure, we adopted a technique without the use of integrators to define the strategies for the switched control and H_infinite switched control, for plants with and without control input saturation. In the third structure, we study a more general case, however, with the use of integrators to define the strategies for the switched control and H_infinite switched control, for plants without control input saturation. Although all proposed designs consider the auxiliary dynamics, it is assured the stability, decay rate proprieties, and H_infinite guaranteed cost for the original plant. Simulation examples and practical implementation illustrate the effectiveness of the proposed app... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

O estudo do comportamento mecânico do complexo sistema advindo da interação entre solo/subestrutura/superestrutura é o tema do trabalho. Neste contexto, a representação do maciço é feita usando-se o método dos elementos de contorno (MEC) em abordagem 3D, de maneira que se possa simular o maciço com características mecânicas não-homogêneas, além de se considerar uma camada de apoio indeslocável a distâncias prescritas a priori e condição de aderência perfeita. A subestrutura também é representada via MEC tridimensional, a qual está imersa dentro deste meio heterogêneo. A infra e a superestrutura são modeladas empregando o método dos elementos finitos (MEF), com o uso de elementos estruturais reticulares e elementos laminares. São apresentados alguns exemplos em que se valida a formulação e outros que demonstram a potencialidade e a necessidade de se empregar a formulação para a melhor análise do complexo fenômeno em estudo. Por fim, demonstra-se a obrigatoriedade de se otimizar a formulação, empregando-se duas grandes ferramentas numéricas: o paralelismo e o emprego de um adequado método de resolução de sistemas esparsos. / The analysis of the soil-structure system interaction is a vast field of interest in the area of civil engineering. A realistic representation of its behaviour. Thus, in the present research, the soil is considered a non-homogeneous continuum supported by a rigid and adhesive interface and modelled by boundary element method via Kelvin solution in 3D space. The foundation is also modelled by this above-mentioned modelling technique. The raft foundation and the superstructure are represented by finite shell and 3D frame elements. In order to estimate the accuracy and the potentiality of the proposed numerical formulation, some examples are validated when compared to similar approaches, and others simulations are presented to stress the necessity of coupling the non-homogeneous soil-foundation-radier-superstructure system as a whole. Finally, to acquire numerical time efficiency, it is shown that it is imperative to apply parallel processing and sparse techniques for the solution of the final system.